硒添加量对硒化镉单晶电学和光学性能的影响研究

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0124

摘要/Abstract

摘要： 采用有籽晶的高压布里奇曼法生长出CdSe单晶，并对不同Se添加量的CdSe单晶进行了性能研究。结果表明，添加的Se填充了单晶中的V_Se，降低了Cd/Se质量比，并未影响晶体的Raman特征峰。进而对添加Se的CdSe晶体的电学性能、光学性能和夹杂相进行了分析，数据表明，添加的Se填充V_Se后，降低了CdSe单晶中的自由载流子浓度，提升了单晶电阻率，减弱了自由载流子对红外光子的吸收，同时添加Se增强了CdSe单晶结构的稳定性，降低了夹杂相密度，二者协同作用，优化了CdSe单晶的电学和光学性能，CdSe单晶呈现出高电阻率，达到10⁸ Ω·cm以上，8~12 μm波段红外透过率提升到69%，为其在长波红外固体激光器等领域的应用提供了借鉴意义。

关键词: CdSe单晶; 添加Se; 电阻率; 红外透过率; 夹杂相密度; 电学性能; 光学性能

Abstract: In this paper， CdSe single crystals were grown by high-pressure Bridgman method with a seed. The properties of a series of Se-added single crystal CdSe were studied. The results show that the added selenium atom fills the selenium vacancies （V_Se）， which reduced Cd/Se mass ratio， and the position of Raman peak of the CdSe single crystals are not affected. Furthermore， electrical properties， optical properties and inclusion of Se-added CdSe single crystal were analyzed. The results indicate that after the selenium fills the V_Se， the free carrier concentration in CdSe single crystals reduces， the resistivity increases， the free carrier absorption of infrared photons is weakened， the structural stability of CdSe single crystals is improved， and the inclusion density reduces. The synergistic effect of these two factors improves the electrical and optical properties of CdSe single crystals. The resistivity increases to more than 10⁸ Ω·cm， and the infrared （IR） transmittance in 8~12 μm reaches to 69%. The research provides reference significance for the application of CdSe in long-wave IR solid-state lasers and other fields.

Key words: CdSe single crystal; selenium addition; resistivity; IR transmittance; inclusion density; electrical property; optical property

中图分类号:

O641

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图/表 10

表1 不同配方下硒的添加量

Table 1 Addition amount of Se at different experiments

Sample	Addition proprotion of Se/%	Stoichiometric ratio of Cd/Se
A#	0	1∶1
B#	5	1∶1.05
C#	10	1∶1.10

表2 未添加Se和添加Se的CdSe单晶样品的组分

Table 2 Composition results of unadded and Se-added CdSe single crystal

Sample	Theoretical mass ratio of Cd/Se	Measured mass ratio of Cd/Se
A#	1.423	1.431
B#	1.423	1.417
C#	1.423	1.415

图1 室温下未添加Se和添加Se的CdSe单晶的Raman光谱

Fig.1 Raman spectra of unadded and Se-added CdSe single crystal at room-temperature

表3 未添加Se和添加Se的CdSe单晶的Raman光谱频移峰位

Table 3 Raman shift peak positions of unadded and Se-added CdSe single crystal

Sample	Raman shift of TO/cm^-1	Raman shift of LO/cm^-1	Raman shift of 2LO/cm^-1
A#	169.51	204.21	410.89
B#	168.81	204.47	411.02
C#	168.98	204.47	411.26

表4 未添加Se和添加Se的CdSe单晶的Raman峰强度

Table 4 Raman peak intensity of unadded and Se-added CdSe single crystal

Sample	I_TO	I_LO	I_TO/I_LO
A#	27.0	40.2	0.67
B#	18.0	29.3	0.61
C#	23.9	38.1	0.63

图2 添加Se的CdSe单晶片的电阻率分布

Fig.2 Resistivity mapping of Se-added CdSe single crystal wafer

表5 添加Se的CdSe单晶片的电阻率测试数据

Table 5 Resistivity results of Se-added CdSe single crystal wafer

Sample	Minimum resistivity/（Ω·cm）	Maximum resistivity/（Ω·cm）	Average resistivity/（Ω·cm）
B#	7.65×10⁸	4.98×10¹⁰	8.12×10⁹
C#	1.09×10⁹	4.60×10¹⁰	1.03×10¹⁰

表6 不同波段处未添加Se和添加Se的CdSe单晶的透过率测试数据

Table 6 Transmittance results of unadded and Se-added CdSe single crystal at different wavelength

Sample	Transmittance/%
Sample	2 μm	8 μm	10 μm	12 μm
A#	63.8	50.0	41.3	31.3
B#	66.1	68.7	69.3	69.9
C#	63.3	66.8	67.5	68.4

图3 未添加Se和添加Se的CdSe单晶的红外透过率曲线

Fig.3 IR transmission curves of unadded and Se-added CdSe single crystal

图4 未添加Se和添加Se的CdSe单晶的夹杂相

Fig.4 Inclusion of unadded and Se-added CdSe single crystal

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