一种欧姆结构CdMnTe薄膜紫外光探测器的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种欧姆结构CdMnTe薄膜紫外光探测器的制备方法，属于紫外光探测器光敏材料及器件制造工艺【技术领域】。本发明是采用近空间升华方法制备CdMnTe薄膜，并制作CdMnTe薄膜欧姆结构紫外光探测器，为制作高性能的紫外光探测器提供了新的方法。本发明制备高平整、颗粒尺寸均匀、电阻率高的CdMnTe薄膜样品。薄膜的厚度为>200m，电阻率>109Ω·cm。
【专利说明】一种欧姆结构CdMnTe薄膜紫外光探测器的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种欧姆结构CdMnTe薄膜紫外光探测器的制造方法，属于紫外光探测器光敏材料及器件制造工艺【技术领域】。
【背景技术】
[0002]紫外探测技术是近几年来研究最热门的军民两用光电探测技术。由于宇宙空间、火焰、石油、气体污染物分子，以及高压线的电晕现象等都会含有紫外线辐射，因此紫外探测器在航天、通讯、民用检测等领域都有着广泛的应用需求。世界各国把固态紫外探测器技术列为当今研究开发的重点课题。在宽禁带半导体紫外探测器的研究上，过去十年主要集中在SiC、GaN, ZnO、金刚石薄膜等材料上。近几年，用热蒸发技术生长“探测器级”CdMnTe薄膜方面取得的进展引起了探测领域的研究者们的极大兴趣。
[0003]CdMnTe 是重要的I1-VI 族
化合物半导体，由于其具有较高的平均原子序数和较大的禁带宽度，所以用这种材料制备的探测器具有较大的吸收系数、较高的计数率，尤其不需任何的冷却设备就能在室温下工作。其优越的光电性能，可广泛应用于X射线荧光分析、安全检测、医学成像以及空间研究。但由于CdMnTe固有的物性，熔体法生长的晶体存在成分不均匀性、晶界、孪晶、位错、夹杂相与沉淀相等许多缺陷，CdMnTe单晶材料不适合大面积平板探测器。为此，我们要寻找一种适合制备大面积CdMnTe薄膜、成本低的方法。
[0004]薄膜制备工艺相比单晶生长工艺简单，成本更低，批量生长可行性高，且基于薄膜的平面特性适合制备大面积的平板探测器。目前国际上对CdMnTe薄膜探测器的研究仍处于起步阶段。CdMnTe薄膜可由化学方法制备，也可通过物理气相沉积得到。在这些薄膜制备方法中，近空间升华法是最有前途的一种方法，这种方法成本低、速度快、质量好，适用于大面积沉积薄膜。目前，近空间升华法已用于CdTe，CdZeTe薄膜的制备，但未见其在CdMnTe薄膜探测器上的应用。
[0005]采用近空间升华设备制备CdMnTe薄膜，薄膜表面的晶粒大小、致密度、平整度可通过工作气压来控制，以便提高CdMnTe薄膜表面的电阻率，以此来减小漏电流。欧姆接触的电极结构能很好的控制漏电流，减小噪声，提高器件线性响应度。鉴于CdMnTe薄膜探测器具有空间分辨高、探测效率高、稳定性好、室温下工作无极化效应、造价低廉且易制成阵列成像器件等优点，对于探测器级CdMnTe薄膜制备工艺的研究是一项很有价值的工作。国内外目前尚未开始系统性地对于探测器级CdMnTe薄膜的制备工艺进行研究。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种一种欧姆结构CdMnTe薄膜紫外光探测器的制造方法，用移动加热器法(THM)生长的CdMnTe单晶作为升华源，THM法生长晶体过程中，能降低晶体的生长温度，低温生长能有效减少晶体中的结构缺陷，降低对生长设备的要求，Te溶剂还可富集、吸收杂质，对晶体起提纯作用，生长出结晶质量好，缺陷少的晶体。为下一步制备好的薄膜提供良好的基础然后采用近空间升华方法制备表面平整、高电阻率的CdMnTe薄膜，并制作CdMnTe薄膜欧姆结构紫外光探测器，为制作高性能的紫外光探测器提供了新的方法。
[0007]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种CdMnTe薄膜紫外光探测器的制备方法，包括如下过程和步骤:
(a)CdMnTe单晶升华源的准备:根据已知的先有技术，将高纯Cd、Mn、Te按Te的摩尔含量为48~52%，Cd的摩尔含量为40~46%，Mn含量为4-10%的配合物放入石英管中，在高真空下，采用移动加热法生长出质量好、成分分布相对均匀的CdMnTe晶体；将生长好的晶体切片作为升华源；
(b)衬底预处理:采用镀有透明导电层FTO(氧化氟锡)的玻璃作为衬底，将衬底用去离子水、丙酮和乙醇分别超声清洗5~15分钟，洗去表面的杂质与有机物，烘干后放入近空间升华反应室内；
(c)CdMnTe薄膜生长过程:开机械泵抽真空，将升华腔内气压抽至2Pa以下后关闭机械泵，通入氩气将气压调至2(T60Pa，关闭气瓶；开卤素灯将升华源及衬底分别加热到60(T700°C和40(T600°C;生长150mirTl80min后，再通入氩气将气压调至60(Tl000Pa，继续生长30mirT70min后，关闭卤素灯，开机械泵抽真空至气压为IOPa以下，关机械泵，待样品冷却至室温，取出CdMnTe薄膜样品；
(d)CdMnTe薄膜抛光、腐蚀及退火:采用0.03 μ m颗粒度氧化铝，手工抛光制备好的样品；再将样品在CdC12氛围中30(T450° C退火10~40分钟；配制浓度为0.2%的溴甲醇溶液，将退过火的样品浸入溶液腐蚀40s，获得表面富碲的CdMnTe薄膜；
(e)CdMnTe薄膜探测器的电极制作:在上述CdMnTe薄膜上表面采用蒸镀或溅射方法制备10(T300nm厚的金属电极；然后将样品在真空中100~250° C退火10~60分钟形成良好的欧姆接触，最终制得CdMnTe薄膜欧姆结构的紫外光探测器。
[0008]本发明采用近空间升华方法制备高致密的CdMnTe薄膜，特别通过增大工作压强，制备出较为平整的薄膜表面和较高的电阻率。薄膜的厚度为400~700mm，
同现有技术相比，本发明具有如下显著优点:
(1)近空间升华法(CSS)是一种实用性薄膜生长的工艺，已在CdTe薄膜制备上已经得到应用。近空间升华法CdMnTe薄膜制备工艺相比CdMnTe单晶生长工艺简单，成本更低，批量生长可行性闻。
[0009](2)通过近空间升华法可以制备出高电阻率和表面平整度的CdMnTe薄膜，电阻率约109 Ω.Cm，表面粗糙度<10nm。
[0010](3)制备的样品通过腐蚀，能得到一定程度富碲表面，这非常利于器件形成欧姆结构，欧姆结构探测器相比于现在的CdMnTe金属~半导体~金属(MSM)结构探测器能很好的控制器件漏电流，减小噪声，提高器件线性响应度。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明欧姆结构CdMnTe薄膜紫外光探测器的结构示意图。
[0012]图2为本发明欧姆结构CdMnTe薄膜紫外光探测器的结构俯视图。
[0013]图3为本发明欧姆结构CdMnTe薄膜紫外光探测器的紫外光I~ν曲线图。【具体实施方式】
[0014]现将本发明的具体实施例叙述于后。
[0015]实施例1
本实施例的制备过程和步骤如下:
(a)CdMnTe单晶升华源的准备:根据已知的先有技术，将高纯Cd、Mn、Te按Te的摩尔含量为50%，Cd的摩尔含量44%，Mn的摩尔含量为6%的配合物放入石英管中，在高真空下，采用移动加热法生长出质量好、成分分布相对均匀的CdMnTe单晶体，将生长好的晶体切片作为升华源；
(b)衬底预处理:采用镀有透明导电层FTO的玻璃作为衬底，将衬底用去离子水、丙酮和乙醇分别超声清洗15分钟，洗去表面的杂质与有机物，烘干后放入近空间升华反应室内；
(c)CdMnTe薄膜生长过程:开机械泵抽真空，将升华腔内气压抽至2Pa以下后关闭机械泵，通入氩气将气压调至20Pa，关闭气瓶；开卤素灯将升华源及衬底分别加热到650°C和500°C保持不变，生长150min后，再次通入氩气，将气压调至800Pa，生长40min后，关闭卤素灯，开机械泵抽真空至气压为IOPa以下，关机械泵，待样品冷却至室温，取出样品；
(d)CdMnTe薄膜抛光、腐蚀及退火:采用0.03 μ m颗粒度氧化铝，手工抛光制备好的样品，直至表面完全平整；再将样品在CdCl2氛围中300° C退火20分钟；配制浓度为0.2%的溴甲醇溶液，将退过火的样品浸入溶液腐蚀40s，获得表面富碲的CdMnTe薄膜，其薄膜厚度为 672um ；
(e)制作电极:将上述制得CdZnTe薄膜上表面，在LDM150D离子束溅射仪中溅射150nm厚的金梳状电极；然后将样品在真空中200° C退火30分钟形成良好的欧姆接触，最终制得CdMnTe薄膜欧姆结构的紫外光探测器。
[0016]实施例2
本实施例的制备过程和步骤如下:
(a)CdMnTe单晶升华源的准备:根据已知的先有技术，将高纯Cd、Mn、Te按Te的摩尔含量为50%，Cd的摩尔含量为44%，其中Mn含量为6%的配合物放入石英管中，在高真空下，采用移动加热法生长出质量好、成分分布相对均匀的CdMnTe单晶体，将生长好的晶体切片作为升华源；
(b)衬底预处理:采用镀有透明导电层FTO(氧化氟锡)的玻璃作为衬底，将衬底用去离子水、丙酮和乙醇分别超声清洗15分钟，洗去表面的杂质与有机物，烘干后放入近空间升华反应室内。
[0017](c)CdMnTe薄膜生长过程:开机械泵抽真空，将升华腔内气压抽至2Pa以下后关闭机械泵，通入氩气将气压调至60Pa，关闭气瓶；开卤素灯将升华源及衬底分别加热到650°C和500°C保持不变，生长150min后，再次通入氩气，将气压调至lOOOPa，生长40min后，关闭卤素灯，开机械泵抽真空至气压为IOPa以下，关机械泵，待样品冷却至室温，取出样品；(与实例I相比改变了氩气压和总压强)
(d)CdMnTe薄膜抛光、腐蚀及退火:采用0.03 μ m颗粒度氧化铝，手工抛光制备好的样品，直至表面完全平整；再将样品在CdC12氛围中300° C退火20分钟；配制浓度为0.2%的溴甲醇溶液，将退过火的样品浸入溶液腐蚀40s，获得富碲的CdMnTe薄膜，其薄膜厚度为543um ；
(e)CdZnTe薄膜探测器的电极制作:将上述制得CdMnTe薄膜上表面，在LDM150D离子束溅射仪中溅射150nm厚的金梳状电极。后将样品在真空中200° C退火40分钟形成良好的欧姆接触，制得CdMnTe薄膜欧姆结构的紫外光探测器。(与实例I相比改变了退火时间)
实施例3
本实施例的制备过程和步骤如下:
(a)CdMnTe单晶升华源的准备:根据已知的先有技术，将高纯Cd、Mn、Te按Te的摩尔含量为50%，Cd的摩尔含量为44%，Mn的摩尔含量为6%的配合物放入石英管中，在高真空下，采用移动加热法生长出质量好、成分分布相对均匀的CdMnTe单晶体，将生长好的晶体切片作为升华源；
(b)衬底预处理:采用镀有透明导电层FTO的玻璃作为衬底，将衬底用去离子水、丙酮和乙醇分别超声清洗15分钟，洗去表面的杂质与有机物，烘干后放入近空间升华反应室内；
(c)CdMnTe薄膜生长过程:开机械泵抽真空，将升华腔内气压抽至2Pa以下后关闭机械泵，通入氩气将气压调至20Pa，关闭气瓶；开卤素灯将升华源及衬底分别加热到650°C和500 V保持不变，生长150min后，再次通入氩气，将气压调至800Pa，生长40min后，关闭卤素灯，开机械泵抽真空至气压为IOPa以下，关机械泵，待样品冷却至室温，取出样品；
(d)CdMnTe薄膜抛光、腐蚀及退火:采用0.03 μ m颗粒度氧化铝，手工抛光制备好的样品，直至表面完全平整；再将样品在CdCl2氛围中350° C退火30分钟；配制浓度为0.2%的溴甲醇溶液，将退过火的样品浸入溶液腐蚀40s，获得表面富碲的CdMnTe薄膜，其薄膜厚度为552um ；(与实例I相比，改变了样品退火温度)
(e)制作电极:将上述制得CdZnTe薄膜上表面，在LDM150D离子束溅射仪中溅射150nm厚的金梳状电极；然后将样品在真空中150° C退火30分钟形成良好的欧姆接触，最终制得CdMnTe薄膜欧姆结构的紫外光探测器。(与实例I相比，改变了电极的退火温度)
实施例4
本实施例的制备过程和步骤如下:
(a)CdMnTe单晶升华源的准备:根据已知的先有技术，将高纯Cd、Mn、Te按Te的摩尔含量为50%，Cd的摩尔含量44%，Mn的摩尔含量为6%的配合物放入石英管中，在高真空下，采用移动加热法生长出质量好、成分分布相对均匀的CdMnTe单晶体，将生长好的晶体切片作为升华源；
(b)衬底预处理:采用镀有透明导电层FTO的玻璃作为衬底，将衬底用去离子水、丙酮和乙醇分别超声清洗15分钟，洗去表面的杂质与有机物，烘干后放入近空间升华反应室内；
(c)CdMnTe薄膜生长过程:开机械泵抽真空，将升华腔内气压抽至2Pa以下后关闭机械泵，通入氩气将气压调至20Pa，关闭气瓶；开卤素灯将升华源及衬底分别加热到650°C和500 V保持不变，生长150min后，再次通入氩气，将气压调至800Pa，生长40min后，关闭卤素灯，开机械泵抽真空至气压为IOPa以下，关机械泵，待样品冷却至室温，取出样品；
(d)CdMnTe薄膜抛光、腐蚀及退火:采用0.03 μ m颗粒度氧化铝，手工抛光制备好的样品，直至表面完全平整；再将样品在CdCl2氛围中300° C退火40分钟；配制浓度为0.2%的溴甲醇溶液，将退过火的样品浸入溶液腐蚀40s，获得表面富碲的CdMnTe薄膜，其薄膜厚度为632um ;(与实例I相比，改变了样品退火时间)
(e)制作电极:将上述制得CdZnTe薄膜上表面，在LDM150D离子束溅射仪中溅射150nm厚的金梳状电极；然后将样品在真空中200° C退火50分钟形成良好的欧姆接触，最终制得CdMnTe薄膜欧姆结构的紫外光探测器。(与实例I相比，改变了电极的退火时间)。
[0018]使用紫外光源对探测器进行辐照，利用Keithely 4200SCS半导体性能表征等测试系统对电流信号等进行测量测试。如图3所示，此CdMnTe薄膜欧姆结构的紫外探测器所能达到性能指标如下:电阻率约为3 X IO9 Ω.cm，在20V负偏压下暗电流密度小于11 nA/mm2，紫外光照射下光电流密度能达到1600nA/mm2，探测非常灵敏。
【权利要求】
1.一种欧姆结构CdMnTe薄膜紫外光探测器的制备方法，其特征在于，具有以下的工艺过程和步骤: (a)CdMnTe单晶升华源的准备:根据已知的先有技术，将高纯Cd、Mn、Te按Te的摩尔含量为48~52%，Cd的摩尔含量为40-46%，Μη的摩尔含量为6%的配合物放入石英管中，在高真空下，采用移动加热法生长出质量好、成分分布相对均匀的CdMnTe单晶体；将生长好的晶体切片作为升华源； (b)衬底预处理:采用镀有透明导电层FTO(氧化氟锡)的玻璃作为衬底，将衬底用去离子水、丙酮和乙醇分别超声清洗5~15分钟，洗去表面的杂质与有机物，烘干后放入近空间升华反应室内； (C)CdMnTe薄膜生长过程:开机械泵抽真空，将升华腔内气压抽至2Pa以下后关闭机械泵，通入氩气将气压调至20-60Pa，关闭气瓶；开卤素灯将升华源及衬底分别加热到60(T700°C和40(T600°C;生长150mirTl80min后，再通入氩气将气压调至60(Tl000Pa，继续生长30mirT70min后，关闭卤素灯，开机械泵抽真空至气压为IOPa以下，关机械泵，待样品冷却至室温，取出样品； (d)CdMnTe薄膜抛光、腐蚀及退火:采用0.03um颗粒度氧化铝，手工抛光制备好的样品；再将样品在CdCl2氛围中30(T450°C退火10-40分钟；配制浓度为0.2%的溴甲醇溶液，将退过火的样品浸入溶液腐蚀40s，获得表面富碲的CdMnTe薄膜； (e)CdMnTe薄膜探测器的电极制作:在上述CdMnTe薄膜上表面采用蒸镀或溅射方法制备10(T300nm厚的金属电极；然 后将样品在真空中100~250° C退火10~60分钟形成良好的欧姆接触，最终制得CdMnTe薄膜欧姆结构的紫外光探测器。
【文档编号】H01L31/18GK103474513SQ201310443533
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】王林军, 沈萍, 张继军, 沈永杰, 唐荣烨, 姚蓓玲, 周捷, 黄健, 唐可 申请人:上海大学