Elaboration, étude et caractérisation des matériaux binaire CdTe et ternaire CdZnTe destinés à la réalisation de capteurs spectromètres de rayonnement X et γ

Abstract

Ce travail s’intéresse à l’élaboration, l’étude et la caractérisation de nouveaux matériaux binaire CdTe et ternaires CdZnTe obtenus à l’aide de fours sous haute pression. La nouvelle méthode de tirage de ce type de lingots a vu le jour dans les laboratoires de l’ex-URSS est appelée ‘’High Pressure Bridgman Method’’ (HPBM) la Méthode Brigdman sous Haute Pression. Elle permet, contrairement à la méthode dite ‘’Travelling Heater Method’’ (THM), d’obtenir sans compensation chimique des cristaux de haute résistivité. L’apparition des matériaux ternaires CdZnTe tirés par la technique HPBM, adaptés à la spectrométrie nucléaire, a soulevé de nombreuses questions d’ordre scientifique et technologique. Le but de cette étude est d’apporter des éléments permettant de comprendre certaines propriétés des cristaux Cd₁-xZnTe tirés par la technique HPBM et par conséquent, d’évaluer leurs qualités de capteurs pour la spectrométrie nucléaire : • Les lingots obtenus par la technique HPBM ont des dimensions nettement très supérieures à celles des lingots obtenus par la techniques THM. • La grande distribution des résultats expérimentaux et la complexité du travail délicat sont dues aux éléments (C, Si et O) omniprésents dans les matériaux de base, lors des préparations, au cours du tirage et même au niveau des analyses de ce type de matériaux. • La description des équipements utilisés au laboratoire pour la technique HPBM a été élaborée en détail, en insistant plus particulièrement sur les problèmes spécifiques associés à ce nouveau procédé de tirage. • Les protocoles de préparation suivie ainsi que le rôle de quelques éléments clés tels que la ségrégation du Zinc et l’effet de la pression ont été traités au cours de ce travail. • L’examen des propriétés des lingots est succédé par l’exposé des résultats des analyses chimiques pratiquées, en soulignant la limite des techniques d’analyse chimique SIMS et AAS. • Les conséquences de la ségrégation du zinc, examiné en détail, nous ont permis de mettre en évidence pour la première fois par TEM la séparation de phases sur les lingots tirés par HPBM. • Le coefficient de ségrégation du zinc, calculé à partir des mesures de la concentration du zinc par PIXE et XRFS, est en parfait accord avec les modèles théoriques existants. • La ségrégation du zinc dans le matériau conduit bien à une augmentation de l’énergie de création de paire de l’ordre de 4.67 eV pour 10% de zinc. • La similitude entre les niveaux pièges électriquement actifs relevés sur les matériaux CdZnTe et CdTe ainsi que le rôle des impuretés ont été clairement montrés. • Les performances attendues du matériau CdZnTe et CdTe HPBM et plus particulièrement les qualités de capteur pour la spectrométrie de rayonnement de faible énergie (5.9 keV) ont été discutées.