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锗单晶材料的应用

发布时间:2020-02-10

    单晶材料有着广泛的应用,如高电阻率锗单晶材料用于辐射探测器,有均匀电阻率的锗单晶材料用作红外光学器件中的窗口和棱镜,以及要求采用低电阻率的锗单晶材料作为砷化镓外延的衬底应用于太阳电池领域等等。
    1、辐射探测
    锗辐射探测器是最主要的半导体探测器之一。它由于具有灵敏度好、效率高并且易制成大直径单晶材料等特点而广泛应用于核工业探测、非破坏性同位素分析、核科学上的高能物理研究、医疗诊断、石油探测以及空间宇宙辐射的研究中。
应用于辐射探测器的高纯锗单晶材料,其电活性杂质浓度在109~1010 crIl_3范围内,主要取决于探测器尺寸。为了在能够实现的偏转电压下获得贯穿整个晶体的空间电荷区,需要更低的杂质浓度。除此之外,要求整个晶体中的位错密度控制在102~104C1TI-3范围内。这是因为过高的位错密度会引起过多的复合中心,而在无位错锗单晶中,VH:(空位一氢原子对)浓度过高,同样会形成载流子陷阱,降低探测精度。
    2、红外光学
    一般来说,只有当材料的透过率大于50%时才会被考虑用作红外透过材料。而锗的透过率约为50%,镀增透膜后透过率可大于90%。锗透过的红外波段分别为1~3um、3~ 5um、8~12um。红外透射的长波限主要取决于声子吸收,即晶格振动吸收。它可以是一次谐波振动吸收,也可以是高次谐波振动吸收。声子吸收与构成晶体的元素的平均原子量及化学键特性有关。在晶格相同的情况下,平均原子量愈大,则声子吸收出现的波长愈长,红外透过的长波截止波长也愈长。金刚石结构的锗材料没有红外光谱区域活跃的一次谐波晶格振动,而高次谐波所导致的吸收也比较弱,所以金刚石和具有金刚石结构的锗和硅(尤其是锗)是一种优异的红外光学材料。
    由于锗的电子吸收截面积为空穴吸收截面积的1/20,在掺杂浓度相同的情况下,n型锗的杂质吸收是P型锗的1/20, 因此,n型锗的红外透过率高于P型锗。为了达到高的透过率,红外锗单晶必须是n型掺杂,其电阻率必须在5~40Ω范围内。

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