碲锌镉(Cd1-xZnxTe, 简称CdZnTe或CZT)是一种在室温下工作的半导体核辐射探测材料, 因其优越的光电特性近年来受到越来越多的关注, 在医学成像、环境监测和空间探测领域的应用也愈发广泛。移动加热器法(THM)被认为是目前生长CZT单晶最有前景的方法之一。晶体生长过程中, 合适的温场是获得优质晶体的前提条件。本文使用Fluent软件对电阻加热式THM生长CZT单晶生长系统展开热场研究, 首先建立描述系统热输运的物理和数学模型, 提出一种设立控温点的逆模拟方法解决了加热器功率并非既定值的模拟难点, 设定功率分别为225.6、343.7、1 045.9、92.5、199.6 W的5个加热器情况下的炉内温场计算值与实验测量值有了较好的吻合。进而研究加热器与炉膛管距离、散热区宽度等炉膛结构对坩埚内CZT原料区温度分布的影响。研究结果表明, Canthal炉管与加热器间距离由5 mm增大至10、15 mm后, 最高温度减小3.7％、5.6％, 散热区宽度由30 mm增大至50、80 mm后, 熔区宽度分别减小32.7％、50.0％。

移动加热器法(THM)生长碲锌镉晶体时,界面稳定性对晶体生长的质量有很大影响。本文基于多物理场有限元仿真软件Comsol建立了THM生长碲锌镉晶体的数值模拟模型,讨论了Te边界层与组分过冷区之间的关系,对不同生长阶段的物理场、Te边界层与组分过冷区进行仿真研究,最后讨论了微重力对物理场分布的影响,并对比了微重力与正常重力下的生长界面形貌。模拟结果表明,Te边界层与组分过冷区的分布趋势是一致的,在不同生长阶段,流场中次生涡旋的位置会发生移动,从而导致生长界面的形貌随着生长的进行发生变化,同时微重力条件下形成的生长界面形貌最有利于单晶生长。因此,在晶体生长的中前期,对次生涡旋位置的控制和对组分过冷的削弱,是THM生长高质量晶体的有效方案。

近年来, 碲锌镉(CdZnTe)材料制成的探测器已经成为研究热点, 适当的接触特性已经成为提高探测器性能的关键问题。本文主要探讨了弱n型CdZnTe晶体(111)B面Ti/Au复合电极的欧姆接触性能, 采用两步沉积工艺制备Ti/Au复合电极。通过AFM、FIB/TEM、XPS、I-V等测试方法研究了电极与CdZnTe的界面结构、化学成分和电学性能。结果表明, Ti过渡层的引入可以减轻和改善晶片抛光过程中形成的损伤层, 增加了电极与晶体之间的欧姆特性。相比于CdZnTe (111)B面上的Cr/Au复合电极, Ti/Au复合电极的粗糙度更低、接触界面更平整, 晶格失配层厚度也更低。Ti中间层促进了金/半界面的互扩散现象, 有利于增加黏附性和降低肖特基势垒, 并且在Ti/Au复合电极与CdZnTe接触的界面上没有观察到氧元素的存在。I-V测试表明Ti/Au复合电极具有更加良好的欧姆特性和更低的肖特基势垒。

光纤光栅(FBG)传感器具有灵敏度高, 测量量程大, 抗电磁干扰能力强, 耐高温能力强等诸多优点, 在爆炸冲击测试领域具有广泛的应用前景。针对空腔爆炸压力变化历程对压力传感器的性能要求, 设计了一种抗冲击FBG压力传感器。传感器采用圆平膜片作为承压面, 利用均匀压力作用下的挠度拉伸FBG产生位移。对传感器的力学模型进行了理论计算, 并进行了有限元仿真, 理论分析与数值模拟计算结果误差小于2%。使用标准压力源对传感器进行了标定, 获得最终的压力灵敏度为545.187 kPa/nm, 线性度相关度为99.998%。根据空腔爆炸现场防护需求, 设计了有效的抗爆防护装置, 并将该传感器成功用于空腔爆炸爆后气体压力变化历程测量, 取得很好的测试效果。

针对光纤布喇格光栅反射谱的特点,研究了强度阈值对五种典型寻峰算法的影响,明确了阈值优化对减小寻峰误差的重要性.对各算法分别进行阈值优化,从寻峰误差和运行效率两个方面对不同采样间隔条件下的寻峰算法进行比较分析.研究表明：各寻峰算法与强度阈值的关系不尽相同,阈值优化可有效减小各算法的寻峰误差,提高光纤布喇格光栅传感系统波长的分辨率和检测准确度;除质心探测法外,增大采样间隔并不能显著提高各算法的运行效率;高斯拟合法寻峰误差最小且最为稳定,适用于静态信号和低频动态信号的解调;质心探测法运行速度最快且误差相对较小,可用于中高频动态信号的解调.

根据土压力传感器与土介质的匹配原则, 设计了一种圆平膜片薄板挠曲型FBG土压力传感器。通过在圆膜片上设计一组对称的光栅固定柱, 有效避免了传感器在使用过程中产生谱峰分裂。同时, 利用光栅固定柱张角引起的应变效应, 大幅度地提高了传感器的压力灵敏度。理论分析了该结构的增敏机理并给出传感器灵敏度公式, 计算结果表明, 传感器的压力灵敏度可达1 374.3 pm/MPa。使用ANSYS建立薄板挠曲的有限元模型, 通过提取固定柱中心点处在光纤方向上的位移, 获得了有限元模型的压力灵敏度为1 360.8 pm/MPa。有限元分析和理论设计结果的相对误差为0.98%, 具有很高的一致度, 验证了理论设计和分析的正确性。

研究了生长态和退火后Cd1-xMnxTe晶片的吸收边和红外透过性能.Cd1-xMnxTe晶体采用垂直Bridgman法生长，获得面积为30 mm×40 mm的(111)面Cd1-xMnxTe单晶片；晶片在Cd气氛下退火.近红外光谱表明, 吸收边的截止波长反映晶片的Mn含量范围为0.1887≤x≤0.2039，其中轴向成分波动差值约为0.0152，径向成分波动差值约为0.0013；x=0.2的Cd1-xMnxTe晶体吸收边的吸收系数变化范围为2.5~55 cm-1；退火后，晶体的吸收边位置没有变化，表明晶片中Mn含量未受到退火的影响.傅里叶变换红外透射光谱表明, 晶片在红外光波数为4000~500 cm-1范围的红外透过率为45%～55%；退火后，晶片的红外透过率提高到61%以上，接近理论值65%.

由于CdZnTe(CZT)探测器尺寸和能量分辨率受到工艺限制，采用电容性Frisch栅探测器结构，将多个薄的单元探测器并行叠加使其等效为大体积的探测器，用于克服单元小探测器探测效率低的缺点，同时单极电荷的几何结果有效克服了载流子的复合.探测器的电极接触为肖特基接触(In-p/CZT-AuCl3),进一步压缩了权重势，降低了噪声，降低了漏电流，从而得到大体积多元并行探测器的能量分辨率不受单元能量分辨率最差探测器的限制，并且探测效率为单元探测器的2.45~7.31倍.

采用射频磁控溅射法在p型自支撑金刚石衬底上制备了高度c轴取向的n型氧化锌薄膜。研究了不同的溅射功率对氧化锌薄膜质量的影响。通过半导体特性分析系统测试了氧化锌/金刚石异质结的电流-电压特性, 结果显示该异质结二极管具有良好的整流特性, 开启电压约为1.6 V。在此基础上制备了结型紫外光探测器, 并对其光电性能进行了研究。结果表明, 在施加反向偏压的条件下, 该探测器对紫外光具有明显的光响应。