一种基于CdZnTe薄膜的X射线探测器的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于X射线探测的CdZnTe薄膜的制备方法。所述制备方法是基于近空间升华（CSS）技术。该方法以CdZnTe单晶切片为升华源，使用氩气作为工作气体，并通过一定的表面处理获得理想的整流电极接触。该方法具有工艺简单、成本更低、可重复性高等特点，可以制备应用于大面积、低漏电流、高分辨率的X射线探测器的薄膜，有望X射线薄膜探测器的产业化生产。
【专利说明】一种基于CdZnTe薄膜的X射线探测器的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于CdZnTe薄膜的X射线探测器的制备方法，属于无机非金属材料制造工艺【技术领域】。
【背景技术】
[0002]CdZnTe是重要的I1-\?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、较高的能量分辨率，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射线等高能辐射探测、安全检测、医学成像以及空间研究。但由于CdZnTe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，CdZnTe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CdZnTe薄膜、成本低的方法。
[0003]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。CdZnTe薄膜可由化学气相沉积等化学方法制备，也可通过热蒸发、磁控溅射、近空间升华法等物理气相沉积得到。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薄膜的制备，但在CdZnTe薄膜的制备上较少。
[0004]采用近空间升华法制备的CdZnTe薄膜是多晶薄膜，可以通过改变制备的条件来获得表面平整，电阻率相对较高的CdZnTe薄膜。此外，在制备接触电极前，我们可以通过不同的表面处理工艺来制备肖特基(Schottky )接触电极，并获得有较小漏电流的X射线探测器，解决了一般X射线探测器漏电流大，电荷收集率低的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是采用近空间升华方法制备基于CdZnTe薄膜的X射线探测器，给制备高性能核辐射辐射探测器提供了新的方案。
[0006]为达到上述目的，本发明是基于CdZnTe薄膜的X射线探测器的制备方法，其特征在于该方法包括如下过程和步骤:
A.CdZnTe单晶升华源的准备:根据已知的先有技术，将高纯Cd、Zn、Te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CdZnTe单晶体，其中锌的摩尔含量为2~20%，将生长好的晶体切片作为升华源。
[0007]B.衬底预处理:采用镀有透明导电层ITO玻璃或普通钠钙玻璃作为衬底，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.CdZnTe薄膜生长过程:开机械泵抽真空，将升华腔内气压抽至IPa以下后关闭机械泵，通入氩气将气压调至l(T100Pa，关闭气瓶；将升华源及衬底分别加热到50(T65(TC和40(T550°C;生长30mirTl80min后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CdZnTe薄膜样品，薄膜厚度50-500mm。[0008]D.CdZnTe薄膜退火及腐蚀:将样品在IPa以下的真空升华腔中200~350° C退火20-60分钟；配制摩尔浓度为0.1~0.5%的溴甲醇溶液以及重铬酸钾和硫酸混合溶液，将退过火的样品依此浸入两种溶液腐蚀l(T60s，腐蚀后的样品用去离子水清洗后用N2吹干。
[0009]E.制备肖特基(Schottky)接触电极及后退火:采用离子溅射仪在样品表面沉积金电极，在样品表面放置孔洞直径为1mm的圆形电极掩膜版，溅射离子流为f5mA，溅射时间10-30分钟；紧接着制备完电极后，再IPa以下真空退火中20(T350° C退火10~30分钟。
[0010]本发明是基于CdZnTe薄膜的X射线探测器，其特点在于，采用近空间升华方法制备的CdZnTe薄膜，制备出的薄膜具有较高的电阻率，较好的X射线能谱响应，薄膜的厚度为5(T500mm，同现有技术相比，本发明具有如下显著优点:
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CdZnTe薄膜制备工艺相比CdZnTe单晶生长工艺简单、成本更低、可大面积制备、批量生长可行性高。
[0011]制备接触电极前的表面处理，直接影响了金半接触的类型，本发明采用的表面处理工艺可以制得理想的肖特基(Schottky)整流电极接触，大幅减小了期间的漏电流，比常规的X射线探测器有更小的漏电流和更好的能谱响应。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明基于CdZnTe 薄膜的X射线探测器的结构图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合实施例对本发明进行详细说明:
实施例一具体步骤如下:
A.CdZnTe单晶升华源的准备:根据已知的先有技术，将高纯Cd、Zn、Te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CdZnTe单晶体，其中锌的摩尔含量为4%，将生长好的晶体切片作为升华源。
[0014]B.衬底预处理:采用镀有透明导电层ITO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。
[0015]C.CdZnTe薄膜生长过程:开机械泵抽真空，将升华腔内气压抽至IPa以下后关闭机械泵，通入氩气将气压调至12Pa，关闭气瓶；将升华源及衬底分别加热到650°C和500°C保持不变，生长30min后关闭加热源，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。
[0016]D.CdZnTe薄膜退火及腐蚀:将样品在真空0.5Pa中250° C退火30min;配制摩尔浓度为0.1%的溴甲醇溶液以及0.2%的重铬酸钾和硫酸混合溶液，将退过火的样品浸入溶液腐蚀30s。
[0017]E.制备肖特基(Schottky)接触电极及后退火:在样品表面放置孔洞直径为1mm的圆形电极掩膜版，并放入溅射室，溅射离子流为1mA，溅射时间20分钟；紧接着在IPa真空退火中200° C退火20分钟。获得厚度为200μπι，40ν时漏电流密度为15nA/cm2的X射线探测器。[0018] 实施例二
A.CdZnTe单晶升华源的准备:根据已知的先有技术，将高纯Cd、Zn、Te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CdZnTe单晶体，其中锌的摩尔含量为4%，将生长好的晶体切片作为升华源；
B.衬底预处理:采用普通钠钙玻璃玻璃作为衬底，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.CdZnTe薄膜生长过程:开机械泵抽真空，将升华腔内气压抽至IPa以下后关闭机械泵，通入氩气将气压调至25Pa，关闭气瓶；将升华源及衬底分别加热到650°C和500°C保持不变，生长60min后关闭加热源，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.CdZnTe薄膜退火及腐蚀:将样品在真空0.4Pa中250° C退火25min ;配制摩尔浓度为0.1%的溴甲醇溶液以及0.2%的重铬酸钾和硫酸混合溶液，将退过火的样品浸入溶液腐蚀 40s ；
E.制备肖特基(Schottky)接触电极及后退火:在样品表面放置孔洞直径为Imm的圆形电极掩膜版，并放入溅射室，溅射离子流为1mA，溅射时间20分钟；紧接着在IPa真空退火中250° C退火20分钟。获得厚度为400μπι，40ν时漏电流密度为18nA/cm2的X射线探测器。
【权利要求】
1.一种基于CdZnTe薄膜的X射线探测器的制备方法，其特征在于该方法具有以下步骤: A.CdZnTe单晶升华源的准备:将高纯Cd、Zn、Te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CdZnTe单晶体，其中锌的摩尔含量为2~20%，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ITO玻璃或普通钠钙玻璃作为衬底，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.CdZnTe薄膜生长过程:开机械泵抽真空，将升华腔内气压抽至IPa以下后关闭机械泵，通入氩气将气压调至l(T100Pa，关闭气瓶；将升华源及衬底分别加热到500~650° CC和40(T550°C;生长30mirTl80min后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CdZnTe薄膜样品，薄膜厚度50-500mm ； D.CdZnTe薄膜退火及腐蚀:将样品在IPa以下的真空升华腔中200~350° C退火20~60分钟；配制摩尔浓度为0.1~0.5%的溴甲醇溶液以及重铬酸钾和硫酸混合溶液，将退过火的样品依此浸入两种溶液腐蚀l0~60s，腐蚀后的样品用去离子水清洗后用N2吹干； E.制备肖特基(Schottky)接触电极及后退火:采用离子溅射仪在样品表面沉积金电极，在样品表面放置孔洞直径为1mm的圆形电极掩膜版，溅射离子流为f 5mA，溅射时间10^30分钟；紧接着制备完电极后，再IPa以下真空退火中200~350° C退火10~30分钟。
【文档编号】H01L31/115GK103904160SQ201410107249
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】王林军, 陶骏, 唐荣烨, 秦凯丰, 王君楠, 黄健, 唐可, 沈忠文 申请人:上海大学