Optical methods for characterization of semiconductor radiation detectors

Abstract

CdZnTe and perovskites are promising materials for radiation detectors. Here, we address the main obstacles to their application, CdZnTe charging, and perovskite stability by photocurrent measurements. In the first part, models describing space-charge-limited photocurrents are developed, and an excellent agreement with measured data is obtained. The Drift-diffusion model provided us with a detailed defect analysis of CdZnTe. A linear rise of photocurrent at low voltage originates in the trapping of injected holes close to the cathode. We propose a simple procedure to evaluate space-charge density from photocurrents. The influence of space-charge, photoconductive gain, and shallow levels result in inaccurate evaluation of mobility-lifetime product via photoconductivity. The second part focuses on light-induced changes in perovskites. Laser-induced transient current measurements show improvements in hole lifetime and surface recombination in CH3NH3PbBr3 single crystals. We further study phase segregation in mixed-halide perovskites by Fourier-Transform photocurrent spectroscopy. The recorded gradual formation of an I-rich phase correlates with an increase in deep defect concentration, which we attribute to charged iodide interstitials. Phase segregation is associated with iodide migration through interstitial...

CdZnTe a perovskity jsou perspektivní materiály pro detektory záření. Pomocí měření fotoproudů se práce věnuje hlavním překážkám k jejich aplikaci, a to nabíjení CdZnTe a stabilitě perovskitů. V první části jsou vyvinuty modely popisující fotoproudy omezované prostorovým nábojem, přičemž se získala vynikající shoda s naměřenými daty. Drift-difuzní model nám poskytl podrobnou analýzu defektů CdZnTe. Lineární nárůst fotoproudu při nízkém napětí je způsoben záchytem injektovaných děr v blízkosti katody. Navrhujeme jednoduchý postup vyhodnocení hustoty prostorového náboje z fotoproudů. Vliv prostorového náboje, fotovodivostního zisku a mělkých hladin vede k nepřesnému stanovení součinu pohyblivosti a doby života prostřednictvím fotovodivosti. Druhá část práce se zaměřuje na světlem indukované změny v perovskitech. Měření laserem indukovaných tranzientních proudů prokázala zlepšení doby života děr a snížení povrchové rekombinace v monokrystalech CH3NH3PbBr3 vlivem světla. Dále studujeme fázovou segregaci ve smíšených halogenidových perovskitech pomocí Fourierovské fotoproudové spektroskopie. Zaznamenaný vznik fáze bohaté na jód koreluje s rostoucí koncentrací hlubokých defektů, které jsme připsali nabitým jódovým intersticiálům. Fázová segregace je spojena s migrací jódu přes intersticiální pozice. Dále jsme...