含有石墨烯过渡层的CdZnTe光电探测器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光电探测器及其制备方法，特别是涉及一种CdZnTe光电探测器及其制备方法，应用于光电探测设备和复合材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002]CdZnTe材料是极具潜力的I1- VI化合物半导体材料，相比传统的硅、锗、砷化镓，CdZnTe有较大的禁带宽度与原子序数，并能在室温下工作，此外，该种材料的禁带宽度可以随着Zn组分的变化在1.45eV~2.26eV变化，同时该材料也具有高电阻率的特点，这使得用CdZnTe材料制成的器件能有较小的漏电流。这些优异的特点使得CdZnTe膜适于探测器的制备，在环境监测、核医学、工业无损检测、安全检查、空间科学、核武器突防及其它核技术领域有着广阔的应用前景。相比于CdZnTe晶体探测器，CdZnTe膜的制备技术更简单，成本更低，容易成批生产。
[0003]CdZnTe膜的表面状况、电极工艺是影响CdZnTe光电性能的重要因素。目前，对于高阻的CdZnTe材料而言，很难获得良好的欧姆接触或者准欧姆接触。近年来，Au、Al、T1、Pt/Au、Cr/Au已被作为电极材料以获得金属与CdZnTe之间的良好接触。在这些电极材料中，Au和Pt表现出相对较好的欧姆接触特性，但是，它们与CdZnTe之间的界面接触问题仍有待解决。总所周知，石墨烯具有独特的电学、光学和机械性能，是一种性能优异的电极材料，在LED、太阳能电池、超级电容器等器件中有广泛的应用，但迄今为止尚未见将石墨烯作为增强电极材料与CdZnTe之间的界面导电接触功能层的报道或文献记载。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种含有石墨烯过渡层的CdZnTe光电探测器及其制备方法，在CdZnTe光电探测器中增加石墨烯过渡层形成一种新型的光电探测器结构，有效地避免CdZnTe表面受环境的影响，去除CdZnTe表面的杂质和缺陷，提高CdZnTe的结晶质量，明显改善CdZnTe与Au电极之间的界面接触，获得更好的欧姆接触，从而降低器件的暗电流，提高器件的灵敏度和光电响应。本发明器件制备方法具有工艺简单、成本更低、可重复性高等特点，给CdZnTe在光电探测设备中的实际应用提供了新的方案，扩大了 CdZnTe在光电探测器中的应用范围。
[0005]为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案:
一种含有石墨稀过渡层的CMZnTe光电探测器，依次由导电衬底、CdZnTe膜和金属电极层层叠形成层状复合光电器件结构，导电衬底采用掺杂氟的31102导电玻璃，在CdZnTe膜中的锌摩尔百分比含量为2~20%，金属电极层采用Au电极，在CdZnTe膜和金属电极层之间设置一层厚度为0.2-0.5mm的石墨稀过渡层，使CdZnTe膜和金属电极层之间形成欧姆接触界面复合结构。
[0006]上述CdZnTe膜的厚度优选为200_300mm。
[0007]上述金属电极层的厚度优选为100_200nm，直径为1.5_5mm。
[0008]本发明还提供一种含有石墨烯过渡层的CdZnTe光电探测器的制备方法，包括如下步骤:
a.CdZnTe单晶升华源的准备:将纯度皆为99.99%的Cd、Zn、Te同时放入石英管中，在高真空下，采用移动加热法生长出成分分布均匀的CdZnTe单晶体，其中锌的摩尔百分比含量为2~20%，将生长好的晶体切片作为升华源备用；
b.衬底预处理:采用掺杂氟的31102导电玻璃(FTO)作为衬底，将衬底用曲拉通、丙酮和乙醇分别超声清洗5?20分钟，洗去衬底表面的杂质与有机物，然后将其烘干后放入近空间升华反应室内；
c.CdZnTe厚膜生长过程:开机械栗将近空间升华反应室内抽真空，将近空间升华反应室内气压抽至5Pa以下后关闭机械栗，再将在步骤a中制备的升华源及经步骤b处理后的衬底分别加热到500~650°C和350~400°C，在衬底上生长CdZnTe厚膜制备30~180min，然后将CdZnTe厚膜及衬底冷却至室温，在关机械栗后，从近空间升华反应室内取出结合CdZnTe厚膜的衬底；优选控制制备CdZnTe厚膜的厚度为200-300mm ;
d.溴甲醇腐蚀过程:配制浓度为0.1-0.5%的溴甲醇溶液，将在步骤c中制备的结合CdZnTe厚膜的衬底浸入溴甲醇溶液腐蚀10~60s，腐蚀后的结合CdZnTe厚膜的衬底用甲醇保存，并用氮气吹干；
e.石墨烯过渡层的制备过程:采用多次分转速旋涂法在经过步骤d处理过的CdZnTe厚膜表面上制备石墨烯过渡层，每次旋涂所用的石墨烯溶液均为50-100 μ L，具体为:首先在2000-3000r/min转速下旋涂20_30s，然后在100 °C的烘箱中烘干5min ;接着在2000-1000r/min转速下旋涂10_20s，然后在100°C的烘箱中烘干5min ;再在500_1000r/min转速下旋涂5-10s，100°C烘箱中烘干5min，最后将完成旋涂的石墨稀过渡层在100°C的烘箱中放置2-3h，制备得到厚度为0.2-0.5mm的石墨烯过渡层，并使石墨烯过渡层固化结合在CdZnTe厚膜表面，即在衬底之上的CdZnTe厚膜上制备出欧姆接触的石墨烯过渡层；
f.金电极的制备过程:采用真空蒸发法制备Au电极，开启机械栗抽反应室内和气路真空至5Pa以下，并开启扩散栗将反应室内抽真空至5' 10 3Pa,开始对Au蒸发源烘烤蒸发，待Au全部融化后，在掩膜板的作用下在步骤e中制备的石墨烯过渡层表面上制备出金电极，使CdZnTe厚膜和金电极之间形成欧姆接触界面复合结构，从而制成含有石墨烯过渡层的CdZnTe光电探测器；优选控制制备金电极的厚度为100-200nm，直径为1.5_5mm ;在采用真空蒸发法制备Au电极时，优选在步骤e中制备的石墨烯过渡层表面放置孔洞直径为1.5mm的圆形电极掩膜板，优选控制蒸发压强为5' 10 3Pa，蒸发电流优选为180-220A，并优选停留10-15s，使Au全部融化。
[0009]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1.本发明CdZnTe光电探测器中增加石墨烯过渡层是一种新型的光电探测器的结构，本发明利用石墨烯的优异性能有效地避免CdZnTe表面受环境的影响，明显改善CdZnTe与Au电极之间的界面接触，获得更好的欧姆接触，从而降低器件的暗电流，提高器件的灵敏度和光电响应；
2.本发明CdZnTe光电探测器在波长为280nm的紫外光辐照下，探测器的灵敏度较未采用石墨烯过渡层的传统CdZnTe光电探测器上升了一个数量级；
3.本发明CdZnTe光电探测器制备方法具有工艺简单、成本更低、可重复性高等特点， 扩大了 CdZnTe膜在紫外光、X射线和γ射线等光电探测器中的应用范围。
【附图说明】
[0010]图1是本发明优选实施例CdZnTe光电探测器结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]本发明的优选实施例详述如下:
在本实施例中，参见图1，一种含有石墨烯过渡层的CdZnTe光电探测器，依次由导电衬底UCdZnTe膜2和金属电极层4层叠形成层状复合光电器件结构，导电衬底I采用掺杂氟的SnO^电玻璃，在CdZnTe膜2中的锌摩尔百分比含量为4%，CdZnTe膜2的厚度为270mm，金属电极层4采用厚度为200nm且直径为1.5mm的Au电极，在CdZnTe膜2和金属电极层4之间设置一层厚度为0.5mm的石墨烯过渡层3，使CdZnTe膜2和金属电极层4之间形成欧姆接触界面复合结构。
[0012]在本实施例中，参见图1，本实施例含有石墨烯过渡层的CdZnTe光电探测器的制备方法，包括如下步骤:
a.CdZnTe单晶升华源的准备:将纯度皆为99.99%的Cd、Zn、Te同时放入石英管中，在高真空下，采用移动加热法生长出质量好、成分分布均匀的CdZnTe单晶体，其中锌的摩尔百分比含量为4%，将生长好的晶体切片作为升华源备用；
b.衬底预处理:采用掺杂氟的31102导电玻璃(FTO)作为衬底1，将衬底I用曲拉通、丙酮和乙醇分别超声清洗15分钟，洗去衬底I表面的杂质与有机物，然后将其烘干后放入近空间升华反应室内；
c.CdZnTe厚膜生长过程:开机械栗将近空间升华反应室内抽真空，将近空间升华反应室内气压抽至5Pa以下后关闭机械栗，再