CdZnTe平面探测器表面处理方法与流程

本发明涉及一种平面探测器表面处理方法，特别涉及一种cdznte平面探测器表面处理方法。

背景技术：

cdznte是迄今为止制造室温γ射线和x射线探测器以及hgcdte等红外薄膜外延衬底最为理想的半导体材料，这种理想的室温核辐射半导体材料在很多领域都受到了关注，适用于x射线荧光分析、天体物理、安全检查、环保、生态、核医学和临床医学等领域,成为替代传统探测器以及闪烁体探测器的升级换代产品。其晶片的表面质量是影响探测器性能的一个关键因素。

cdznte晶片经过机械抛光、化学腐蚀、表面钝化以及电极制备四个环节之后能够进行性能探测。cdznte晶片进行机械抛光后，在近表面区会存在由应力集中、电活性缺陷、杂质及肉眼不可见的微划痕、微凹凸面等构成的损伤层，必须用化学腐蚀可以有效去除由于机械抛光带来的损伤层。现有的腐蚀工艺是用一定比例的br-meoh对晶片腐蚀若干分钟，获得光亮的表面。但是用br-meoh腐蚀过的cdznte表面富te且高活性，会造成沉积电极加高偏压后产生较大的漏电流，导致本底噪声增大及能量分辨率变差，并且高活性的富te层极易在空气被氧化以及吸附各种杂质，会给探测器性能带来不利影响，并且不易控制。因此，cdznte晶片的表面钝化尤为重要。表面钝化分为湿化学法和干法。湿化学法的研究报道较多，通常在晶体表面原位生成硫化物或氧化物的钝化膜。

文献1：“wangx,jiew,qiangli,etal.surfacepassivationofcdzntewafers[j].materialsscienceinsemiconductorprocessing,2005,8(6):615-621.”公开了一种czt晶体表面钝化方法。该方法使用5种钝化剂钝化czt晶体表面，其中nh4f/h2o2溶液效果最佳，但经过nh4f/h2o2或h2o2钝化后表面富te且漏电流的数量级在10^-6a。漏电流很大会严重影响能谱特性，不利于制成czt平面探测器。

文献2:：何波、马忠全等人研究hg1-xcdxte是禁带宽度可调的的三元窄禁带半导体，被广泛用作红外探测器材料。其制造过程中表面预处理和表面钝化是器件制备的关键，也是最富有挑战性的工艺。而hg1-xcdxte的自身阳极硫化+zns介质膜已成为hg1-xcdxte光伏器件制造中很成熟的钝化手段，利用钝化后表面形成宽带隙cds起到了红外光学窗口和过镀层材料的作用，有利于高结晶度的zns钝化层的生长。

文献3：国外研究表明，阳极硫化形成的薄膜使p型hgcdte表面接近平带状态，从而使p型hgcdte制备的光伏器件表面漏电流减小。应明炯等人得出阳极硫化/zns复合钝化p型mct表面有很好的界面效应。

对于hg1-xcdxte这类的低阻半导体，通过表面钝化增加材料电阻率，能够显著降低材料的漏电流，达到维持材料的电学和化学稳定性的目的。但对于czt这类高阻半导体，表面硫化得效果还需进一步证明。

文献4：“kimkh,tapperor,bolotinikovae,etal.long-termstabilityofammonium-sulfide-andammonium-fluoride-passivatedcdmntedetectors[j].journalofthekoreanphysicalsociety,2015,66(10):1532-1536.”中研究了cmt表面硫化和氟化对探测器长期稳定性的影响，结果显示经过硫化后的探测器比经过氟化后的长期稳定性更好。但是报道中漏电流降低幅度较小，而且未见对探测器性能改善作用。

技术实现要素：

为了克服现有平面探测器表面处理方法处理后的平面探测器能量分辨率差的不足，本发明提供一种cdznte平面探测器表面处理方法。该方法在cdznte晶片腐蚀之后，用(nh4)2s溶液对cdznte晶片表面进行钝化，钝化后用去离子水清洗，最后用真空蒸镀机将晶片两面镀上au电极。此钝化方法去除了富te层，形成cds层沉积在晶体表面，化学计量配比得到改善，减少了电子在晶体表面的散射，腐蚀后形成的悬挂键被中和，有效降低了cdznte晶片表面的漏电流，提高了能量分辨率，提升了cdznte平面探测器的探测效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种cdznte平面探测器表面处理方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、将czt晶片在磨抛机上先用mgo两面粗抛，再用精抛液抛光。

步骤二、将抛光后的czt晶片清洗干燥后，再配置浓度为1:50的溴甲醇腐蚀液，将czt晶片在溴甲醇腐蚀液中静止腐蚀2-5min，腐蚀后用去离子水清洗并干燥。

步骤三、将腐蚀后的czt晶片在半小时内用真空蒸镀法镀au电极，抽真空5×10^-3pa后两面蒸镀3-5min。

步骤四、将au电极面用光刻胶进行保护，通过侧面抛光去除侧面损伤层，再用双氧水侧面钝化5-10min，最后用丙酮将光刻胶去除，清洗czt晶片后干燥，得到czt平面探测器。

步骤五、先用6517b吉时利电阻静电计进行材料i-v曲线的测试，通过i-v测试czt平面探测器的漏电流；再用γ射线能谱响应测试系统测试czt平面探测器的能量分辨率。

步骤六、将测试后的czt平面探测器按照步骤一和步骤二重新处理。水浴锅加热至温度65℃后，把浓度为40wt.％的硫化铵溶液水浴保温5-10min，将czt晶片至于硫化铵溶液中硫化1-5min，硫化后用去离子水清洗并干燥。

步骤七、将硫化后的czt晶片在真空蒸镀机中镀au电极，蒸镀时间为3-5min，获得czt平面探测器。

本发明的有益效果是：该方法在cdznte晶片腐蚀之后，用(nh4)2s溶液对cdznte晶片表面进行钝化，钝化后用去离子水清洗，最后用真空蒸镀机将晶片两面镀上au电极。此钝化方法去除了富te层，形成cds层沉积在晶体表面，化学计量配比得到改善，减少了电子在晶体表面的散射，腐蚀后形成的悬挂键被中和，有效降低了cdznte晶片表面的漏电流，提高了能量分辨率，提升了cdznte平面探测器的探测效率。经测试，czt平面探测器的能量分辨率由之前大于6.5％提高到小于4.5％。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是实施例1的单平面czt探测器硫化前后的i-v对比图；

图2是实施例1的单平面czt探测器硫化前后的能谱对比图；

图3是实施例2的单平面czt探测器硫化前后的i-v对比图；

图4是实施例2的单平面czt探测器硫化前后的能谱对比图；

图5是实施例3的单平面czt探测器硫化前后的i-v对比图；

图6是实施例3的单平面czt探测器硫化前后的能谱对比图。

具体实施方式

以下实施例参照图1-6。

实施例1。

步骤1、将尺寸为5×5×2mm³的czt晶片，在磨抛机上先用mgo两面粗抛，再用精抛液抛光。

步骤2、将抛光后的czt晶片清洗干燥后，再配置浓度为1:50的溴甲醇腐蚀液，将czt晶片在溴甲醇腐蚀液中静止腐蚀2min，腐蚀后用去离子水清洗并干燥。此步骤均在通风橱中完成。

步骤3、将腐蚀后的czt晶片在半小时内用真空蒸镀法镀au电极，抽真空5×10^-3pa后两面蒸镀5min。

步骤4、将au电极面用光刻胶进行保护，通过侧面抛光去除侧面损伤层，再用双氧水侧面钝化5min，最后用丙酮将光刻胶去除，清洗czt晶片后干燥，得到czt平面探测器。

步骤5、先用6517b吉时利电阻静电计进行材料i-v曲线的测试，通过i-v测试czt平面探测器的漏电流；再用γ射线能谱响应测试系统测试czt平面探测器的能量分辨率。

步骤6、将测试后的czt平面探测器按照步骤1和步骤2重新处理。水浴锅加热至温度65℃后，把浓度为40wt.％的硫化铵溶液水浴保温5min，将czt晶片至于硫化铵溶液中硫化2min，硫化后用去离子水清洗并干燥。此步骤均在通风橱中完成。

步骤7、将硫化后的czt晶片在真空蒸镀机中镀au电极，蒸镀时间为5min，获得czt平面探测器。

步骤8、用步骤5所述的设备进行i-v、能谱测试。

从图1和图2中可以看到，漏电流由硫化前1.80x10^-9a降低到9.45x10^-10a，能量分辨率由5.38％减小到4.72％。

实施例2。

步骤1、将尺寸为5×5×2mm³的czt晶片，在磨抛机上先用mgo两面粗抛，再用精抛液抛光。

步骤2、将抛光后的czt晶片清洗干燥后，再配置浓度为1:50的溴甲醇腐蚀液，将czt晶片在溴甲醇腐蚀液中静止腐蚀3min，腐蚀后用去离子水清洗并干燥。此步骤均在通风橱中完成。

步骤3、将腐蚀后的czt晶片在半小时内用真空蒸镀法镀au电极，抽真空5×10^-3pa后两面蒸镀4min。

步骤4、将au电极面用光刻胶进行保护，通过侧面抛光去除侧面损伤层，再用双氧水侧面钝化8min，最后用丙酮将光刻胶去除，清洗czt晶片后干燥，得到czt平面探测器。

步骤5、先用6517b吉时利电阻静电计进行材料i-v曲线的测试，通过i-v测试czt平面探测器的漏电流；再用γ射线能谱响应测试系统测试czt平面探测器的能量分辨率。

步骤6、将测试后的czt平面探测器按照步骤1和步骤2重新处理。水浴锅加热至温度65℃后，把浓度为40wt.％的硫化铵溶液水浴保温8min，将czt晶片至于硫化铵溶液中硫化1min，硫化后用去离子水清洗并干燥。此步骤均在通风橱中完成。

步骤7、将硫化后的czt晶片在真空蒸镀机中镀au电极，蒸镀时间为4min，获得czt平面探测器。

步骤8、用步骤5所述的设备进行i-v、能谱测试。

实施例3。

步骤1、将尺寸为5×5×2mm³的czt晶片，在磨抛机上先用mgo两面粗抛，再用精抛液抛光。

步骤2、将抛光后的czt晶片清洗干燥后，再配置浓度为1:50的溴甲醇腐蚀液，将czt晶片在溴甲醇腐蚀液中静止腐蚀5min，腐蚀后用去离子水清洗并干燥。此步骤均在通风橱中完成。

步骤3、将腐蚀后的czt晶片在半小时内用真空蒸镀法镀au电极，抽真空5×10^-3pa后两面蒸镀3min。

步骤4、将au电极面用光刻胶进行保护，通过侧面抛光去除侧面损伤层，再用双氧水侧面钝化10min，最后用丙酮将光刻胶去除，清洗czt晶片后干燥，得到czt平面探测器。

步骤5、先用6517b吉时利电阻静电计进行材料i-v曲线的测试，通过i-v测试czt平面探测器的漏电流；再用γ射线能谱响应测试系统测试czt平面探测器的能量分辨率。

步骤6、将测试后的czt平面探测器按照步骤1和步骤2重新处理。水浴锅加热至温度65℃后，把浓度为10wt.％的硫化铵溶液水浴保温10min，将czt晶片至于硫化铵溶液中硫化1min，硫化后用去离子水清洗并干燥。此步骤均在通风橱中完成。

步骤7、将硫化后的czt晶片在真空蒸镀机中镀au电极，蒸镀时间为3min，获得czt平面探测器。

步骤8、用步骤5所述的设备进行i-v、能谱测试。

从图5和图6中可以看到，漏电流由硫化前3.35x10^-9a降低到2.10x10^-9a，能量分辨率由4.90％减小到4.54％。