Electric Field and Current Transport Mechanisms in Schottky CdTe X-ray Detectors under Perturbing Optical Radiation

Schottky CdTe X-ray detectors exhibit excellent spectroscopic performance but suffer from instabilities. Hence it is of extreme relevance to investigate their electrical properties. A systematic study of the electric field distribution and the current flowing in such detectors under optical perturbations is presented here. The detector response is explored by varying experimental parameters, such as voltage, temperature, and radiation wavelength. The strongest perturbation is observed under 850 nm irradiation, bulk carrier recombination becoming effective there. Cathode and anode irradiations evidence the crucial role of the contacts, the cathode being Ohmic and the anode blocking. In particular, under irradiation of the cathode, charge injection occurs and peculiar kinks, typical of trap filling, are observed both in the current-voltage characteristic and during transients. The simultaneous access to the electric field and the current highlights the correlation between free and fixed charges, and unveils carrier transport/collection mechanisms otherwise hidden

Структурні, електрофізичні та оптичні властивості плівок CdZnTe та приладові структури на їх основі

Дисертаційна робота присвячена комплексному дослідженню структурних, електрофізичних та оптичних властивостей полікристалічних плівок Cd1-xZnxTe (CZT) для використання в детекторах радіаційного випромінювання, встановленню впливу елементного складу на фізичні властивості плівок, визначенню параметрів основних пасткових центрів, що впливають на проходження струму в матеріалі. Установлені взаємозв’язки між елементним складом плівок CZT та їх структурними, субструктурними, оптичними, електричними властивостями можуть бути використані для подальшого створення детекторів радіаційного випромінювання та інших приладів оптоелектроніки. Створено прототипи чутливих до радіаційного випромінювання детекторів на основі товстих плівок CZT. Показано, що вимірювання фоточутливості може бути використане для оцінювання детекторних властивостей полікристалічних плівок CZT з метою подальшого їх використання як детекторів радіації. Уперше проведено моделювання процесу рекомбінації нерівноважних носіїв заряду в детекторних структурах на основі плівок твердих розчинів. У результаті моделювання визначено параметри основних пасткових центрів, що впливають на проходження електричного струму в матеріалі.Диссертационная работа посвящена комплексному исследованию структурных, электрофизических и оптических свойств поликристаллических пленок Cd1-xZnxTe (CZT) для использования в детекторах радиационного излучения, изучению влияния элементного состава на физические свойства пленок, определению параметров основных ловушечных центров, влияющих на протекание тока в материале. Установленые взаимосвязи между элементным составом пленок CZT и их структурными, субструктурными, оптическими, электрическими свойствами могут быть использованы для дальнейшего создания детекторов радиационного излучения и других приборов оптоэлектроники. Изготовлены прототипы чувствительных к радиационному излучению детекторов на основе толстых пленок CZT. Показано, что возбуждающее световое излучение видимого диапазона может быть использовано для оценки детекторных свойств поликристаллических пленок CZT с целью дальнейшего их использования в качестве детекторов радиации. Впервые проведено моделирование процесса рекомбинации неравновесных носителей заряда в детекторных структурах на основе пленок CZT. В результате моделирования были определены параметры доминирующих ловушечных центров, влияющих на протекание электрического тока в материале.The PhD thesis is devoted to the complex study of structural, electrophysical and optical properties of polycrystalline Cd1-xZnxTe (CZT) films for application in radiation detectors, determination of the chemical composition effect on physical properties of the films, determination of the parameters of free-carriers trap centers influencing the current flow in the material. The established relationships between the chemical elemental composition of CZT films and their structural, microstructural, optical, and electrical properties can be used for the further development of radiation detectors and other optoelectronic devices. The prototypes of radiation detectors based on thick CZT polycrystalline films have been manufactured. The modeling of the recombination process of nonequilibrium charge carriers in detector structures based on CZT films was carried out for the first time. As a result of modeling, the parameters of the main trap centers, which influence the flow of electric current in the material, have been determined