Inhaltsverzeichnis - Prof. Dr. Norbert Wermes

1.5. CADMIUM-TELLURID UND CADMIUM-ZINK-TELLURID 17von 5,85 g/cm 3 zu nennen, die einen effektiven Nachweis von Röntgenquanten ermöglichen.Ein weiterer Vorteil von CdTe ist die gegenüber Silizium größere Bandlücke (1,5 eVzu 1,12 eV), die zu geringeren Leckströmen führt. CdTe wird meist im Traveling-Heater-Verfahren hergestellt. Bei diesem Verfahren wird ein Stück polykristallines CdTe durcheine mit Tellur angereicherte CdTe-Schmelze bewegt.1.5.2 Materialeigenschaften von CdZnTeBei CdZnTe handelt es sich um ein dreikomponentiges Material, das neben Cadmium undTellur als weitere Komponente noch Zink enthält. Zink ist ein bläulich-weißes Metall, dessenHaupteinsatzgebiet in der Industrie das Verzinken von Stahl zum Rostschutz darstellt.Auch im biologischen Stoffwechsel wird Zink als Spurenelement benötigt. Um den Zinkanteildes Halbleiters anzugeben ist die Notation Cd 1−x Zn x Te üblich, wobei die Indices1−x und x das Verhältnis von Cadmium zu Zink angeben. In der Gitterstruktur des CdTewird dabei ein Teil der Cadmiumatome durch Zinkatome ersetzt. Der wesentliche Grund,warum man Zink zu CdTe beimischt, ist die Vergrößerung der Bandlücke des Materials(1,57 eV bei CZT zu 1,5 eV bei CdTe). In der Literatur wird auch berichtet, dass sich diemechanische Stabilität von CdTe durch die Beigabe von Zink erhöht. Ein großer Nachteilvon CZT ist der schwierigere Herstellungsprozess, da nun drei Komponenten verarbeitetwerden müssen. Die Herstellung von CdZnTe für Detektoren erfolgt deshalb in zweiSchritten. In einem ersten Schritt werden die Komponenten Cadmium, Zink und Tellurbei ca. 700 ◦ C geschmolzen und dann in einer exothermen und daher gefährlichen Reaktiongemischt, wobei es von entscheidender Bedeutung ist, eine gleichmäßige Durchmischungder Komponenten zu erreichen. Im nächsten Schritt findet dann das Kristallwachstumstatt. Hierfür haben sich zwei verschiedene Techniken als praktikabel herausgestellt:• Das High-Pressure-Bridgman-Verfahren (HPB-Verfahren)In Abbildung 1.12 ist der bei diesem Verfahren verwendete Ofen schematisch dargestellt.Das CdZnTe-Gemisch wird hierbei in einem Graphittiegel eingeschlossenund erhitzt. Da die entstehende CdZnTe-Schmelze aus flüchtigen Bestandteilen besteht,die die poröse Graphitumwandung durchdringen können, kommt es zu Materialverlust.Dieser ist beim Cadmium besonders ausgeprägt, da es den höchstenDampfdruck der drei Elemente hat. Um dies zu verhindern, wird der gesamte Ofenmit einem unter hohem Druck (100-120 atm) stehenden Schutzgas, meist Argon,geflutet. Der Graphittiegel wird dann langsam (0,1-3 mm/h) aus dem Ofen gezogenund das Gemisch beginnt nach Abkühlung unter die Schmelztemperatur am Endedes Tiegels auszukristallisieren. Da der Cadmiumverlust meist nicht ganz verhindertwerden kann, kommt es bei diesem Verfahren zu einem Te-Überschuß in denKristallen [SD98].• Das Vertical-Bridgman-Verfahren (VB-Verfahren)Bei diesem Verfahren wird das CdZnTe-Gemisch in einer evakuierten Quarz-Ampulle