一種基于CdZnTe薄膜的X射線探測器的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于X射線探測的CdZnTe薄膜的制備方法。所述制備方法是基于近空間升華（CSS）技術(shù)。該方法以CdZnTe單晶切片為升華源，使用氬氣作為工作氣體，并通過一定的表面處理獲得理想的整流電極接觸。該方法具有工藝簡單、成本更低、可重復(fù)性高等特點(diǎn)，可以制備應(yīng)用于大面積、低漏電流、高分辨率的X射線探測器的薄膜，有望X射線薄膜探測器的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種基于CdZnTe薄膜的X射線探測器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于CdZnTe薄膜的X射線探測器的制備方法，屬于無機(jī)非金屬材料制造工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]CdZnTe是重要的I1-\?族化合物半導(dǎo)體，由于其具有較高的平均原子序數(shù)和較大的禁帶寬度，所以用這種材料制備的探測器具有較大的吸收系數(shù)、較高的能量分辨率，尤其不需任何的冷卻設(shè)備就能在室溫下工作。其優(yōu)越的光電性能，可廣泛應(yīng)用于X射線等高能輻射探測、安全檢測、醫(yī)學(xué)成像以及空間研究。但由于CdZnTe固有的物性，熔體法生長的晶體存在成分不均勻性、晶界、孿晶、位錯、夾雜相與沉淀相等許多缺陷，CdZnTe單晶材料不適合大面積平板探測器。為此，我們要尋找一種適合制備大面積CdZnTe薄膜、成本低的方法。
[0003]薄膜制備工藝相比單晶生長工藝簡單，成本更低，批量生長可行性高，且基于薄膜的平面特性適合制備大面積的平板探測器。CdZnTe薄膜可由化學(xué)氣相沉積等化學(xué)方法制備，也可通過熱蒸發(fā)、磁控濺射、近空間升華法等物理氣相沉積得到。在這些薄膜制備方法中，近空間升華法是最有前途的一種方法，這種方法成本低、速度快、質(zhì)量好，適用于大面積沉積薄膜。目前，近空間升華法已用于CdTe薄膜的制備，但在CdZnTe薄膜的制備上較少。
[0004]采用近空間升華法制備的CdZnTe薄膜是多晶薄膜，可以通過改變制備的條件來獲得表面平整，電阻率相對較高的CdZnTe薄膜。此外，在制備接觸電極前，我們可以通過不同的表面處理工藝來制備肖特基(Schottky )接觸電極，并獲得有較小漏電流的X射線探測器，解決了一般X射線探測器漏電流大，電荷收集率低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是采用近空間升華方法制備基于CdZnTe薄膜的X射線探測器，給制備高性能核輻射輻射探測器提供了新的方案。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是基于CdZnTe薄膜的X射線探測器的制備方法，其特征在于該方法包括如下過程和步驟:
A.CdZnTe單晶升華源的準(zhǔn)備:根據(jù)已知的先有技術(shù)，將高純Cd、Zn、Te放入石英管中，在高真空下，采用移動加熱法生長出質(zhì)量好、成分分布相對均勻的CdZnTe單晶體，其中鋅的摩爾含量為2~20%，將生長好的晶體切片作為升華源。
[0007]B.襯底預(yù)處理:采用鍍有透明導(dǎo)電層ITO玻璃或普通鈉鈣玻璃作為襯底，將襯底用去離子水、丙酮和乙醇分別超聲清洗5~15分鐘，洗去表面的雜質(zhì)與有機(jī)物，烘干后放入近空間升華反應(yīng)室內(nèi)
C.CdZnTe薄膜生長過程:開機(jī)械泵抽真空，將升華腔內(nèi)氣壓抽至IPa以下后關(guān)閉機(jī)械泵，通入氬氣將氣壓調(diào)至l(T100Pa，關(guān)閉氣瓶；將升華源及襯底分別加熱到50(T65(TC和40(T550°C;生長30mirTl80min后開機(jī)械泵抽真空至氣壓為IOPa以下，關(guān)機(jī)械泵，待樣品冷卻至室溫，取出CdZnTe薄膜樣品，薄膜厚度50-500mm。[0008]D.CdZnTe薄膜退火及腐蝕:將樣品在IPa以下的真空升華腔中200~350° C退火20-60分鐘；配制摩爾濃度為0.1~0.5%的溴甲醇溶液以及重鉻酸鉀和硫酸混合溶液，將退過火的樣品依此浸入兩種溶液腐蝕l(T60s，腐蝕后的樣品用去離子水清洗后用N2吹干。
[0009]E.制備肖特基(Schottky)接觸電極及后退火:采用離子濺射儀在樣品表面沉積金電極，在樣品表面放置孔洞直徑為1mm的圓形電極掩膜版，濺射離子流為f5mA，濺射時間10-30分鐘；緊接著制備完電極后，再IPa以下真空退火中20(T350° C退火10~30分鐘。
[0010]本發(fā)明是基于CdZnTe薄膜的X射線探測器，其特點(diǎn)在于，采用近空間升華方法制備的CdZnTe薄膜，制備出的薄膜具有較高的電阻率，較好的X射線能譜響應(yīng)，薄膜的厚度為5(T500mm，同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn):
近空間升華法(CSS)是一種實(shí)用性薄膜生長的工藝，已在CdTe薄膜制備上已經(jīng)得到應(yīng)用。近空間升華法CdZnTe薄膜制備工藝相比CdZnTe單晶生長工藝簡單、成本更低、可大面積制備、批量生長可行性高。
[0011]制備接觸電極前的表面處理，直接影響了金半接觸的類型，本發(fā)明采用的表面處理工藝可以制得理想的肖特基(Schottky)整流電極接觸，大幅減小了期間的漏電流，比常規(guī)的X射線探測器有更小的漏電流和更好的能譜響應(yīng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明基于CdZnTe 薄膜的X射線探測器的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
實(shí)施例一具體步驟如下:
A.CdZnTe單晶升華源的準(zhǔn)備:根據(jù)已知的先有技術(shù)，將高純Cd、Zn、Te放入石英管中，在高真空下，采用移動加熱法生長出質(zhì)量好、成分分布相對均勻的CdZnTe單晶體，其中鋅的摩爾含量為4%，將生長好的晶體切片作為升華源。
[0014]B.襯底預(yù)處理:采用鍍有透明導(dǎo)電層ITO的玻璃作為襯底，將襯底用去離子水、丙酮和乙醇分別超聲清洗15分鐘，洗去表面的雜質(zhì)與有機(jī)物，烘干后放入近空間升華反應(yīng)室內(nèi)。
[0015]C.CdZnTe薄膜生長過程:開機(jī)械泵抽真空，將升華腔內(nèi)氣壓抽至IPa以下后關(guān)閉機(jī)械泵，通入氬氣將氣壓調(diào)至12Pa，關(guān)閉氣瓶；將升華源及襯底分別加熱到650°C和500°C保持不變，生長30min后關(guān)閉加熱源，開機(jī)械泵抽真空至氣壓為IOPa以下，關(guān)機(jī)械泵，待樣品冷卻至室溫，取出樣品。
[0016]D.CdZnTe薄膜退火及腐蝕:將樣品在真空0.5Pa中250° C退火30min;配制摩爾濃度為0.1%的溴甲醇溶液以及0.2%的重鉻酸鉀和硫酸混合溶液，將退過火的樣品浸入溶液腐蝕30s。
[0017]E.制備肖特基(Schottky)接觸電極及后退火:在樣品表面放置孔洞直徑為1mm的圓形電極掩膜版，并放入濺射室，濺射離子流為1mA，濺射時間20分鐘；緊接著在IPa真空退火中200° C退火20分鐘。獲得厚度為200μπι，40ν時漏電流密度為15nA/cm2的X射線探測器。[0018] 實(shí)施例二
A.CdZnTe單晶升華源的準(zhǔn)備:根據(jù)已知的先有技術(shù)，將高純Cd、Zn、Te放入石英管中，在高真空下，采用移動加熱法生長出質(zhì)量好、成分分布相對均勻的CdZnTe單晶體，其中鋅的摩爾含量為4%，將生長好的晶體切片作為升華源；
B.襯底預(yù)處理:采用普通鈉鈣玻璃玻璃作為襯底，將襯底用去離子水、丙酮和乙醇分別超聲清洗15分鐘，洗去表面的雜質(zhì)與有機(jī)物，烘干后放入近空間升華反應(yīng)室內(nèi)；
C.CdZnTe薄膜生長過程:開機(jī)械泵抽真空，將升華腔內(nèi)氣壓抽至IPa以下后關(guān)閉機(jī)械泵，通入氬氣將氣壓調(diào)至25Pa，關(guān)閉氣瓶；將升華源及襯底分別加熱到650°C和500°C保持不變，生長60min后關(guān)閉加熱源，開機(jī)械泵抽真空至氣壓為IOPa以下，關(guān)機(jī)械泵，待樣品冷卻至室溫，取出樣品；
D.CdZnTe薄膜退火及腐蝕:將樣品在真空0.4Pa中250° C退火25min ;配制摩爾濃度為0.1%的溴甲醇溶液以及0.2%的重鉻酸鉀和硫酸混合溶液，將退過火的樣品浸入溶液腐蝕 40s ；
E.制備肖特基(Schottky)接觸電極及后退火:在樣品表面放置孔洞直徑為Imm的圓形電極掩膜版，并放入濺射室，濺射離子流為1mA，濺射時間20分鐘；緊接著在IPa真空退火中250° C退火20分鐘。獲得厚度為400μπι，40ν時漏電流密度為18nA/cm2的X射線探測器。
【權(quán)利要求】
1.一種基于CdZnTe薄膜的X射線探測器的制備方法，其特征在于該方法具有以下步驟: A.CdZnTe單晶升華源的準(zhǔn)備:將高純Cd、Zn、Te放入石英管中，在高真空下，采用移動加熱法生長出質(zhì)量好、成分分布相對均勻的CdZnTe單晶體，其中鋅的摩爾含量為2~20%，將生長好的晶體切片作為升華源； B.襯底預(yù)處理:采用鍍有透明導(dǎo)電層ITO玻璃或普通鈉鈣玻璃作為襯底，將襯底用去離子水、丙酮和乙醇分別超聲清洗5~15分鐘，洗去表面的雜質(zhì)與有機(jī)物，烘干后放入近空間升華反應(yīng)室內(nèi)； C.CdZnTe薄膜生長過程:開機(jī)械泵抽真空，將升華腔內(nèi)氣壓抽至IPa以下后關(guān)閉機(jī)械泵，通入氬氣將氣壓調(diào)至l(T100Pa，關(guān)閉氣瓶；將升華源及襯底分別加熱到500~650° CC和40(T550°C;生長30mirTl80min后開機(jī)械泵抽真空至氣壓為IOPa以下，關(guān)機(jī)械泵，待樣品冷卻至室溫，取出CdZnTe薄膜樣品，薄膜厚度50-500mm ； D.CdZnTe薄膜退火及腐蝕:將樣品在IPa以下的真空升華腔中200~350° C退火20~60分鐘；配制摩爾濃度為0.1~0.5%的溴甲醇溶液以及重鉻酸鉀和硫酸混合溶液，將退過火的樣品依此浸入兩種溶液腐蝕l0~60s，腐蝕后的樣品用去離子水清洗后用N2吹干； E.制備肖特基(Schottky)接觸電極及后退火:采用離子濺射儀在樣品表面沉積金電極，在樣品表面放置孔洞直徑為1mm的圓形電極掩膜版，濺射離子流為f 5mA，濺射時間10^30分鐘；緊接著制備完電極后，再IPa以下真空退火中200~350° C退火10~30分鐘。
【文檔編號】H01L31/115GK103904160SQ201410107249
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】王林軍, 陶駿, 唐榮燁, 秦凱豐, 王君楠, 黃健, 唐可, 沈忠文 申請人:上海大學(xué)