تلورید کادمیوم جیوه

تلورید کادمیوم جیوه (Hg_1−xCd _xTe) (همچنین تلورید جیوه کادمیوم، MCT ,MerCad Telluride ,MerCadTel ,MerCaT یا CMT) یک ترکیب شیمیایی از تلورید کادمیوم (CdTe) و تلورید جیوه (HgTe) با یک شکاف‌باند قابل‌تنظیم در گستره فروسرخ موج‌کوتاه به ناحیه فروسرخ موج بسیار بلند است. مقدار کادمیوم (Cd) در آلیاژ می‌تواند به گونه‌ای انتخاب شود که جذب نوری ماده را برای طول‌موج فروسرخ موردنظر تنظیم کند. تلورید کادمیوم یک نیم‌رسانا است که دارای شکاف‌باند تقریباً ۱٫۵ الکترون‌ولت (eV) در دمای اتاق است. تلورید جیوه شبه‌فلز است، به این معنی که انرژی شکاف‌باند آن صفر است. مخلوط کردن این دو ماده امکان می‌دهد تا شکاف‌باندهایی بین ۰ تا ۱٫۵ الکترون‌ولت را بدست آورید.

خصوصیات ویرایش

فیزیکی ویرایش

سلول واحد روی

Hg_1−xCd_xTe یک ساختار بلوری مکعبی است که دارای دو شبکه مکعبی صورت محور صورت جبران شده با (1/4,1/4,1/4)a_o در سلول اولیه است. کاتیون‌های Cd از نظر آماری بر روی زیرشبکه زرد و سفید مخلوط شده در حالی که آنیون‌های Te زیرشبکه خاکستری را در تصویر تشکیل می‌دهند.

الکترونیکی ویرایش

موبیلیتی الکترون HgCdTe با مقدار زیاد جیوه بسیار بالا است. درمیان نیم‌رساناهای رایج مورد استفاده برای آشکارسازی فروسرخ، فقط ایندیم آنتیمونید و آرسنید ایندیم از موبیلیتی الکترون HgCdTe در دمای اتاق پیشی می‌گیرند. در ۸۰ کلوین، موبیلیتی الکترون Hg_0.8Cd_0.2Te می‌تواند چندصدهزار cm²/(V·s) باشد. الکترون‌ها نیز در این دما دارای طول پرتابیک (به انگلیسی: ballistic length) طولانی هستند. طول پیمایش آزاد آن‌ها می‌تواند چندین میکرومتر باشد.

غلظت حامل ذاتی توسط^[۱]

${\textstyle n_{i}(t,x)=(5.585-3.82x+(1.753\cdot 10^{-3})t-1.364\cdot 10^{-3}t\cdot x)\cdot 10^{14}\cdot E_{g}(t,x)^{0.75}\cdot t^{1.5}\cdot e^{\frac {-E_{g}(t,x)\cdot q}{2\cdot k\cdot t}}}$

که در آن k ثابت بولتزمن است، q بار الکتریکی ابتدایی است، t درجه حرارت مواد است، X درصد غلظت کادمیوم است و E_g شکاف‌باند داده شده توسط رابطه زیر است^[۲]

E_{g}(t,x)=-0.302+1.93\cdot x+(5.35\cdot 10^{-4})\cdot t\cdot (1-2\cdot x)-0.81\cdot x^{2}+0.832\cdot x^{3}

طول‌عمر حامل اقلیت ویرایش

بازترکیب اوژه ویرایش

دو نوعِ بازترکیب اوژه بر HgCdTe تأثیر می‌گذارد: بازترکیب اوژه ۱ و اوجر ۷. بازترکیب اوژه ۱ شامل دو الکترون و یک حفره است که در آن یک الکترون و یک حفره با هم ترکیب می‌شوند و الکترون باقی مانده انرژی برابر یا بیشتر از شکاف‌باند دریافت می‌کند. بازترکیب اوژه ۷ شبیه اوژه ۱ است، اما شامل یک الکترون و دو حفره است.

طول‌عمر حامل اقلیت اوژه ۱ برای (بدون آلایش) HgCdTe ذاتی توسط^[۳]

\tau _{Auger1}(t,x)={\frac {2.12\cdot 10^{-14}\cdot {\sqrt {E_{g}(t,x)}}\cdot e^{\frac {q\cdot E_{g}(t,x)}{k\cdot t}}}{FF^{2}\cdot ({\frac {k\cdot t}{q}})^{1.5}}}

که در آن FF انتگرال هم‌پوشانی (تقریباً ۰٫۲۲۱).

طول‌عمر حامل اقلیت اوژه ۱ برای HgCdTe آلاییده توسط^[۴]

\tau _{Auger1_{doped}}(t,x,n)={\frac {2\cdot \tau _{Auger1(t,x)}}{1+({\frac {n}{n_{i}(t,x)}})^{2}}}

که در آن n غلظت الکترون تعادل است.

گرمایی ویرایش

رسانندگی گرمایی HgCdTe کم است. در غلظت کم کادمیوم به اندازه ۰٫۲ W·K⁻¹m⁻¹ است. این بدان معنی است که برای قطعات توان-بالا نامناسب است. اگرچه دیودها و لیزرهای فروسرخ با HgCdTe ساخته شده‌اند، اما برای کارآمد بودن آنها باید در سرما کارکنند. ظرفیت گرمایی ویژه ۱۵۰ J·kg^-1K^-1 است.^[۵]

نوری ویرایش

HgCdTe در فروسرخ در انرژی فوتون زیر شکاف انرژی شفاف است. ضریب شکست بالاست و برای HgCdTe با مقدار بالای جیوه به ۴ می‌رسد.

منابع ویرایش

↑ Schmidt; Hansen (1983). "Calculation of intrinsic carrier concentration in HgCdTe". Journal of Applied Physics. 54. doi:10.1063/1.332153.
↑ Hansen (1982). "Energy gap versus alloy composition and temperature in HgCdTe". Journal of Applied Physics. 53. doi:10.1063/1.330018.
↑ Kinch (2005). "Minority Carrier Lifetime in p-HgCdTe". Journal of Electronic Materials. 34.
↑ Redfern (2001). "Diffusion Length Measurements in p-HgCdTe Using Laser Beam Induced Current". Journal of Electronic Materials. 30.
↑ Chen, C S; Liu, A H; Sun, G; He, J L; Wei, X Q; Liu, M; Zhang, Z G; Man, B Y (2006). "Analysis of laser damage threshold and morphological changes at the surface of a HgCdTe crystal". Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 8: 88. doi:10.1088/1464-4258/8/1/014.

کتابشناسی - فهرست کتب

Lawson, W. D.; Nielson, S.; Putley, E. H.; Young, A. S. (1959). "Preparation and properties of HgTe and mixed crystals of HgTe-CdTe". J. Phys. Chem. Solids. 9: 325–329. doi:10.1016/0022-3697(59)90110-6.. (اولین مرجع شناخته شده)
خواص ترکیبات باریک و کادمیوم باریک، شکاف، اد. P. Capper (INSPEC , IEE، لندن، انگلیس، 1994) شابک ‎۰−۸۵۲۹۶−۸۸۰−۹
آشکارسازهای مادون قرمز HgCdTe , P. Norton , Opto-Electronics vol. 10 (3)، 159-1174 (2002) [۱]
Rogalski, A (2005). "HgCdTe infrared detector material: history, status and outlook". Reports on Progress in Physics. 68 (10): 2267. doi:10.1088/0034-4885/68/10/R01.
Chen, A B; Lai-Hsu, Y M; Krishnamurthy, S; Berding, M A (1990). "Band structures of HgCdTe and HgZnTe alloys and superlattices". Semiconductor Science and Technology. 5 (3S): S100. doi:10.1088/0268-1242/5/3S/021.
Finkman, E.; Nemirovsky, Y. (1979). "Infrared optical absorption of Hg_1-xCd_xTe". J. Appl. Phys. 50: 4356. doi:10.1063/1.326421..
Finkman, E.; Schacham, S. E. (1984). "The exponential optical absorption band tail of Hg1−xCdxTe". Journal of Applied Physics. 56 (10): 2896. doi:10.1063/1.333828.
Bowen, Gavin J. (2005). "HOTEYE: a novel thermal camera using higher operating temperature infrared detectors". 5783: 392. doi:10.1117/12.603305. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help).
چاه‌های کوانتومی نیمه هادی و ابرخودروها برای آشکارسازهای مادون قرمز با طول موج بلند MO Manasreh، ویراستار (خانه آرتچ، نوروود، MA)، شابک ‎۰−۸۹۰۰۶−۶۰۳−۵ (1993).
Hall, Donald N. B. ; Atkinson, Dani (2012). عملکرد اولین آرایه‌های HAWAII 4RG-15 در آزمایشگاه و تلسکوپ. بیبکد: 2012SPIE.8453E..0WH. doi: 10.1117 / 12.927226.
Hall, Donald N. B. ; Atkinson, Dani; Blank, Richard (2016). عملکرد اولین کلاس علمی lambda_c = 2.5 mR HAWAII 4RG-15 آرایه در آزمایشگاه و تلسکوپ. بیبکد: 2016SPIE.9915E..0WH. doi: 10.1117 / 12.2234369.

پیوند به بیرون ویرایش

[1] Schmidt; Hansen (1983). "Calculation of intrinsic carrier concentration in HgCdTe". Journal of Applied Physics. 54. doi:10.1063/1.332153.

[2] Hansen (1982). "Energy gap versus alloy composition and temperature in HgCdTe". Journal of Applied Physics. 53. doi:10.1063/1.330018.

[3] Kinch (2005). "Minority Carrier Lifetime in p-HgCdTe". Journal of Electronic Materials. 34.

[4] Redfern (2001). "Diffusion Length Measurements in p-HgCdTe Using Laser Beam Induced Current". Journal of Electronic Materials. 30.

[5] Chen, C S; Liu, A H; Sun, G; He, J L; Wei, X Q; Liu, M; Zhang, Z G; Man, B Y (2006). "Analysis of laser damage threshold and morphological changes at the surface of a HgCdTe crystal". Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 8: 88. doi:10.1088/1464-4258/8/1/014.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]