The influence of growing in a hydrogen atmosphere on the micromechanical properties of Cd1-xZnxTe single crystals

Editorial Board PCSS Journal; Yu. Pavlovskyy; V. Brytan; O. Kuzyk; Yu. Skvarok; Yu. Kovalchuk; A. Tymkiv

doi:10.15330/pcss.27.1.69-73

Authors

Yu. Pavlovskyy Drohobych Ivan Franko State Pedagogical University, Drohobych, Ukraine
V. Brytan Drohobych Ivan Franko State Pedagogical University, Drohobych, Ukraine
O. Kuzyk Drohobych Ivan Franko State Pedagogical University, Drohobych, Ukraine
Yu. Skvarok Drohobych Ivan Franko State Pedagogical University, Drohobych, Ukraine
Yu. Kovalchuk Drohobych Ivan Franko State Pedagogical University, Drohobych, Ukraine
A. Tymkiv Drohobych Ivan Franko State Pedagogical University, Drohobych, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.27.1.69-73

Keywords:

CdZnTe, crystal growth, hydrogen treatment, micro-hardness, brittleness, hydrogen passivation

Abstract

У статті досліджено вплив водневої атмосфери під час росту кристалів Cd _1–x Zn _x Te (CZT) на їхню мікротвердість та стійкість до руйнування. Ми виявили, що мікротвердість кристалів, вирощених у водні, вища порівняно зі зразками, отриманими в інертному середовищі, що, ймовірно, пов'язано з кращим упорядкуванням зв'язків та зменшенням щільності структурних дефектів. Спостерігалося збільшення стійкості до руйнування разом зі збільшенням мікротвердості, що свідчить про зменшення кількості дефектів у кристалічній решітці. Виявлені закономірності пояснюються пасивацією електрично активних дефектів воднем, що сприяє зменшенню кількості структурних порушень та відновленню ковалентних зв'язків у кристалічній решітці. Отримані результати є важливими для вдосконалення технологій вирощування напівпровідникових матеріалів детекторного призначення з контрольованими механічними властивостями.

References

S.M. Sze, K.Ng. Kwok, Physics of Semiconductor Devices, Wiley-Interscience, 815, (2007); https://doi.org/10.1002/0470068329.

Bo Gan, Tingcun Wei, Wu Gao, Huiming Zeng, Yann Hu. Design of a Low-Noise Front-End Readout Circuit for CdZnTe Detectors, Journal of Signal and Information Processing, 4, 123 (2013); https://doi.org/10.4236/jsip.2013.42017.

T. Pichon, S. Mouzali, O. Boulade, et al. Luminescence Properties of CdTe and CdZnTe Materials When Used as Substrate for IR Detectors. Journal of Electronic Materials, 52, 4117 (2023); https://doi.org/10.1007/s11664-023-10406-w.

M.D. Alam, Nasim S.S., S. Hasan, Recent progress in CdZnTe based room temperature detectors for nuclear radiation monitoring. Radiation Physics and Chemistry, Journal of Electronic Materials, 140, 103918 (2021); https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2021.103918.

J. Pekárek, V. Dědič, J. Franc, E. Belas, M. Rejhon, P. Moravec, J. Touš, J. Voltr, Infrared LED Enhanced Spectroscopic CdZnTe Detector Sensors, 16 (10), 1591 (2016); https://doi.org/10.3390/s16101591.

Sordo, S.D., Abbene L., Caroli E., Mancini A.M., Zappettini A., Ubertini P. Progress in the development of CdTe and CdZnTe semiconductor radiation detectors for astrophysical and medical applications, Sensors, 9, 3491 (2009); https://doi.org/10.3390/s90503491.

S. Wenbin, W. Jin, Q. Zhang, W. Li, J. Min, J. Teng, Y. Qian, Primary study on the contact degradation mechanism of CdZnTe detectors, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 527 (3), 487 (2009); https://doi.org/10.1016/j.nima.2004.03.200.

E. Stephen, H. Anwar, O. Ifechukwude, G. Rubi, J. Ralph, Effects of chemo-mechanical polishing on CdZnTe X-ray and gamma-ray detectors, Journal of Electronic Materials, 44, 3144 (2015); https://doi.org/10.1007/s11664-015-3881-7.

R. Triboulet, A. Lasbley, B. Toulouse, R. Granger, Growth and characterization of bulk HgZnTe crystals, J. Cryst. Growth, 79, 695 (1986); https://doi.org/10.1016/0022-0248(86)90539-7.

R.J. Goble, S.D. Scott, The relationship between mineral hardness and compressibility (or bulk modulus), Can. Miner, 23, 273 (1985); https://rruff.info/doclib/cm/vol23/CM23_273.pdf.

T.E. Schlesinger, J.E. Toney, H. Yoon, E.Y. Lee, B.A. Brunett, L. Franks, R.B. James, Cadmium zinc telluride and its use as a nuclear radiation detector material, Mater. Sci. Eng, 32, 103 (2001); https://doi.org/10.1016/S0927-796X(01)00027-4.

N.N. Kolesnikov, S.P. Vesnovskii, R.B. James, N.S. Berzigiarova, D.L. Alov, A.G. Zvenigorodskii, Crystal Growth and Characterization of Doped CZT, Crystals Materials Science, (2001); https://doi.org/10.48550/arXiv.cond-mat/0107081.

A. Fissel, M. Schenk, Microhardness of Hg1-xCdxTe and Hg1–xZnxTe. Cryst. Res. Technol. 25(1), 89 (1990); https://doi.org/10.1002/crat.2170250117.

C. Szeles, CdZnTe and CdTe materials for X-ray and gamma ray radiation detector applications. Phys. Stat. Sol. (b), 241(3), 783 (2004); https://doi.org/10.1002/pssb.200304296.

V.D. Popovych, Yu.V. Pavlovskyy, The effect of doping with halogens on the hardness of vapour grown CdTe single crystals, Journal of Crystal Growth, 584, 126585 (2022); https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2022.126585.

V.B. Britan, R.M. Peleshchak, D.I. Tsyutsyura, D.V. Korbutyak, The effect of treatment of CdxZn1-xTe single crystals in a hydrogen atmosphere on electrically active centers, Solid State Physics and Chemistry, 10(1), 41 (2009); https://pnu.edu.ua/inst/phys_che/start/pcss/vol10/1001-05.pdf.

V.B. Brytan, R.M. Peleshchak, Y.O. Uhrun, M.Y. Seneta, O.H. Tadeush, Influence of the Degree of Atomic Hydrogen Passivation of Electrically Active Centers in Cd1-xZnxTe on the Resolution of Optical Recording of Images with n-p-i-m Nanostructures, Jornals of nano- and electronic Physics, 13(4), 04024 (2021); https://doi.org/10.21272/jnep.13(4).04024.

Patent of Ukraine for utility model No. 40276, IPK (2009) C30V 23/00, C30B 11/00, Method of growing single crystals CdTe and CdZnTe / Korbutyak D. V., Lotsko O. P., Demchyna L. A., Vakhniak N. D., Tsyutsiura D. I., Britan V. B., Pihur O. M., Popovych V. D.; Owner: Institute of Semiconductor Physics. V. E. Lashkarev of the National Academy of Sciences of Ukraine. – № u 2008 13895; declared. 02.12.2008; Publ. 25.03.2009, Bulletin. No. 6 «Industrial Property». 6 p.

G.R. Anstis, P. Chantikul, B.R. Lawn, D.B. Marshall, A Critical Evaluation of Indentation Techniques for Measuring Fracture Toughness: I, Direct Crack Measurements, Journal of the American Ceramic Society, 64(9), 533 (1981); https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1981.tb10320.x.

S.H. Jhi, S.G. Louie, M.L. Cohen, J. Ihm, Vacancy hardening and softening in transition metal carbides and nitrides, Phys. Rev. Lett. 86(15), 3348 (2001); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.3348.

F. Gao, J. He, E. Wu, S. Liu, D. Yu, Hardness of Covalent Crystals, Phys. Rev. Lett, 91, 015502 (2003); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.91.015502.

A. Tasnim, Md. Mahamudujjaman, Md. Asif Afzal, R.S. Islam, S.H. Naqib, Pressure-dependent semiconductor–metal transition and elastic, electronic, optical, and thermophysical properties of orthorhombic SnS binary chalcogenide, Results in Physics 45, 106236 (2023); https://doi.org/10.1016/j.rinp.2023.106236.

M.I. Petrescu, Theoretical hardness calculated from crystallo-chemical data for MoS2 and WS2 crystals and nanostructures, Acta Crystallogr B, 68(Pt5), 501 (2012); https://doi.org/10.1107/s0108768112033149.