专利名称：一种金属铝诱导多晶碲锌镉薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种金属铝诱导多晶碲锌镉薄膜的制备方法，属于II -VI族化合物半导体薄膜材料领域。
背景技术：
締锌镉,英文名称cadmium zinc telluride, CdZnTe,简写为CZT,是近年发展起来的一种性能优异的新型室温半导体探测器材料。由于其电阻率高、原子序数大(48 52)、量子效率高、电荷传输性能优异及禁带宽度大等物理特性非常适合制成X、Y射线探测器，可广泛应用于天文、医学、工业、军事等领域。然而，由于碲锌镉晶体离子性强，热导率较低，空位、孪晶等缺陷的形成能低，获得大面积均匀碲锌镉单晶材料非常困难，限制了它在核医学和医用CT成象方面的应用。与生长大尺寸碲锌镉单晶相比，碲锌镉薄膜制备工艺相对简 单，成本低，易实现批量化生产；热性能好，强度高，可以实现高浓度掺杂；由于薄膜材料中表面和介面所占的相对比例较大，具有特殊的光、电效应；能根据器件要求制成所需的形状和大小；可以制造大尺寸、多层和多功能叠层结构；可以制成大的片状/板状探测器，给电光器件的设计带来广阔的发展空间。碲锌镉薄膜的制备一直是人们关注的热点问题，因为这直接关系到了材料的后续应用。目前已经报道的制备方法主要有化学沉积法、金属有机化学气相沉积法(M0CVD)、热壁外延法、分子束外延法、近空间升华(CSS)法、共蒸发法和磁控溅射法等。这些碲锌镉薄膜制备方法都面临如下困难(I)生长过程中的Cd、Zn和Te原子的蒸气压及粘附系数不同，无法在保证所制备薄膜质量的同时，能简单并精确控制碲锌镉薄膜的组分；(2)因碲锌镉中具有浓度较低的Cd空位而显示弱的P型电导，本征电导率较小，改善碲锌镉的导电性能主要通过掺杂实现，但由于碲锌镉的禁带较宽，掺杂的自补偿效应比较严重，难以实现η型掺杂；(3)由沉积生长过程所决定，薄膜内一般存在大量的缺陷，致使器件具有较大暗电流。因此，探索合适的碲锌镉多晶薄膜制备方法，获得电学性能优良、组分可控及缺陷密度较小的碲锌镉多晶薄膜，是目前碲锌镉多晶薄膜制备面临的普遍难题。
发明内容
本发明的目的正是为了克服上述已有技术的缺点和不足，而提供一种工艺简单，碲锌镉薄膜结晶质量和光生载流子迁移率较高的一种金属铝诱导多晶碲锌镉薄膜的制备方法，从而保证薄膜质量和应用。本发明的目的是通过下列技术方案实现的
一种金属铝诱导多晶碲锌镉薄膜的制备方法，它按下述步骤进行
(a)将衬底ITO玻璃用丙酮超声清洗15 30分钟，再用质量浓度为99.5%的乙醇超声清洗15 30分钟，最后用去离子水清洗15 30分钟；
(b)再将a)项清洗的底板ITO玻璃在真空度为I.OX 10_4 9. 9X 10_4帕的条件下，力口热至100 300°C，通入氩气，压强为3 5帕时，进行反溅清洗10 20分钟；(c)在締锌镉晶体祀上的功率为60 120瓦、IS气流量为10-50晕升/分钟、压强为I 3帕的条件下，施加溅射功率起辉，对(b)项处理的ITO玻璃表面镀碲锌镉先驱薄膜10 60分钟；
Cd)在金属招祀上的派射功率为60 200瓦、IS气流量为10-50晕升/分钟、压强为I 3帕的条件下，对(C)项的镀碲锌镉先驱薄膜的表面溅射铝膜f 10分钟，制得碲锌镉先驱薄膜/诱导金属Al膜的层叠结构；
Ce)在d)项制得碲锌镉先驱薄膜/诱导金属Al膜的层叠结构后，在氩气气氛保护下，在100 300°C温度下进行热处理O. 5 2小时；
(f)最后将e)项热处理后，用pH=12的氢氧化钠的溶液将表面析出的铝材料腐蚀去除，获得多晶碲锌镉薄膜产品。所述的碲锌镉晶体靶的碲锌镉晶体用改进布里奇曼法生长的晶体；所述的碲锌镉晶体锌组分范围为O. 04 O. 4 ;所述的铝靶为纯度为99. 9995%的铝。 本发明的技术方案是将金属铝诱导技术与传统薄膜制备方法相结合的制备碲锌镉多晶薄膜的方法。以物理气相沉积和金属诱导结晶理论为基础，在玻璃上制备碲锌镉先驱薄膜/诱导金属Al膜的层叠结构，通过低温热处理实现金属诱导结晶化过程，实现探测器级碲锌镉薄膜制备。由于采取上述技术方案使本发明技术具有如下优点及效果
(a)本发明的制备方法，不仅改进了传统工艺，而且成本低，适用于大面积沉积薄膜，薄膜与基片间附着力较大，可控性好，原材料利用率高，生产效率高且成膜质量好，产业化前景广阔；
(b)本发明的方法制备的碲锌镉薄膜，其结晶温度低，晶粒尺寸大，载流子迁移率高；
(c)产品电学性能优良、组分可控及缺陷密度较小，掺杂的自补偿效应比较好，可实现η型掺杂。
图I为金属铝诱导后获得的碲锌镉薄膜表面形貌 图2图I的三维立体图
图3为金属铝诱导前获得的碲锌镉薄膜表面形貌 图4为图3的三维立体图
图5为金属铝诱导后碲锌镉薄膜与诱导前的碲锌镉薄膜的X射线衍射图谱。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。实施例I :
将衬底ITO玻璃用丙酮超声清洗15分钟，再用质量浓度为99. 5%的乙醇超声清洗30分钟，最后用去离子水清洗20分钟，在真空度为1.0父10_4帕的条件下，加热至3001，通入氩气，压强为3帕时，进行反溅清洗20分钟；
在用改进布里奇曼法生长的Cda9ZnaiTe晶体靶上的功率为60瓦、氩气流量为50毫升/分钟、压强为I帕的条件下，施加溅射功率起辉，对处理的ITO玻璃表面镀碲锌镉先驱薄膜10分钟；在纯度为99. 9995%的铝靶上的溅射功率为60瓦、氩气流量为50毫升/分钟、压强为3帕的条件下，对镀碲锌镉先驱薄膜的表面溅射铝膜I分钟制得碲锌镉先驱薄膜/诱导金属Al膜的层叠结构后，在氩气气氛保护下，在100°C温度下进行热处理2. O小时，最后用pH=12的氢氧化钠的溶液将表面析出的铝材料腐蚀去除，获得多晶碲锌镉薄膜产品。实施例2:
将衬底ITO玻璃用丙酮超声清洗20分钟，再用质量浓度为99. 5%的乙醇超声清洗20分钟，最后用去离子水清洗30分钟，在真空度为6. OX 10_4帕的条件下，加热至200°C，通入氩气，压强为4帕时，进行反溅清洗15分钟；
在用改进布里奇曼法生长的Cda96Znatl4Te晶体靶上的功率为80瓦、氩气流量为30毫升/分钟、压强为2帕的条件下，施加溅射功率起辉，对处理的ITO玻璃表面镀碲锌镉先驱薄膜40分钟；在纯度为99. 9995%的铝靶上的溅射功率为100瓦、氩气流量为30毫升/分钟、压 强为2帕的条件下，对镀碲锌镉先驱薄膜的表面溅射铝膜5分钟制得碲锌镉先驱薄膜/诱导金属Al膜的层叠结构后，在氩气气氛保护下，在200°C温度下进行热处理I. O小时，最后用pH=12的氢氧化钠的溶液将表面析出的铝材料腐蚀去除，获得多晶碲锌镉薄膜产品。该碲锌镉多晶薄膜产品可用做Y射线探测器。实施例3:
将衬底ITO玻璃用丙酮超声清洗30分钟，再用质量浓度为99. 5%的乙醇超声清洗15分钟，最后用去离子水清洗15分钟，在真空度为9. 9X 10_4帕的条件下，加热至100°C，通入氩气，压强为5帕时，进行反溅清洗10分钟；
在用改进布里奇曼法生长的Cda6Zna4Te晶体靶上的功率为120瓦、氩气流量为10毫升/分钟、压强为3帕的条件下，施加溅射功率起辉，对处理的ITO玻璃表面镀碲锌镉先驱薄膜10分钟；在纯度为99. 9995%的铝靶上的溅射功率为200瓦、氩气流量为10毫升/分钟、压强为I帕的条件下，对镀碲锌镉先驱薄膜的表面溅射铝膜10分钟制得碲锌镉先驱薄膜/诱导金属Al膜的层叠结构后，在氩气气氛保护下，在300°C温度下进行热处理O. 5小时，最后用pH=12的氢氧化钠的溶液将表面析出的铝材料腐蚀去除，获得多晶碲锌镉薄膜产品。\将上述实施例所得的碲锌镉薄膜利用原子力显微镜观察薄膜表面形貌，通过图1、2的金属铝诱导后获得的碲锌镉薄膜表面形貌和图3、4的金属铝诱导前获得的碲锌镉薄膜表面形貌的对比可以看出，经过金属铝诱导后的碲锌镉薄膜晶粒尺寸要远大于金属铝诱导前碲锌镉薄膜晶粒尺寸，可见金属铝诱导增大了碲锌镉薄膜的晶粒尺寸。将金属铝诱导后碲锌镉薄膜与诱导前的碲锌镉薄膜分别用X射线衍射仪测
试，通过图5的金属铝诱导后碲锌镉薄膜与诱导前的碲锌镉薄膜的X射线衍射图谱看出，金属铝诱导后碲锌镉薄膜的衍射强度远高于诱导前碲锌镉薄膜，可见金属铝诱导方法提闻的締锋铺薄I旲的结晶质量。该碲锌镉多晶薄膜产品可用做X射线探测器，Y射线探测器。
权利要求
1.一种金属铝诱导多晶碲锌镉薄膜的制备方法，其特征在于它按下述步骤进行 (a)将衬底ITO玻璃用丙酮超声清洗15 30分钟，再用质量浓度为99.5%的乙醇超声清洗15 30分钟，最后用去离子水清洗15 30分钟； (b)再将(a)项清洗的底板ITO玻璃在真空度为I.0X10_4 9. 9X10_4帕的条件下，加热至100 300°C，通入氩气，压强为3 5帕时，进行反溅清洗10 20分钟； (c)在締锌镉晶体祀上的功率为60 120瓦、IS气流量为10-50晕升/分钟、压强为I 3帕的条件下，施加溅射功率起辉，对(b)项处理的ITO玻璃表面镀碲锌镉先驱薄膜10 60分钟； Cd)在金属招祀上的派射功率为60 200瓦、IS气流量为10-50晕升/分钟、压强为I 3帕条件下，对(C)项镀碲锌镉先驱薄膜表面溅射铝膜f 10分钟，制得碲锌镉先驱薄膜/诱导金属Al膜的层叠结构； (e)在(d)项制得碲锌镉先驱薄膜/诱导金属Al膜的层叠结构后，在氩气气氛保护下，在100 300°C温度下进行热处理O. 5 2小时； Cf)最后将(e)项热处理后，用pH=12的氢氧化钠的溶液将表面析出的铝材料腐蚀去除，获得多晶碲锌镉薄膜产品。
2.根据权利要求I所述的金属铝诱导多晶碲锌镉薄膜的制备方法，其特征在于所述的碲锌镉晶体靶的碲锌镉晶体用改进布里奇曼法生长的晶体。
3.根据权利要求2所述的金属铝诱导多晶碲锌镉薄膜的制备方法，其特征在于所述的碲锌镉晶体锌组分范围为O. 04 O. 4。
4.根据权利要求I所述的金属铝诱导多晶碲锌镉薄膜的制备方法，其特征在于所述的铝靶为纯度为99. 9995%的铝。
全文摘要
本发明涉及一种金属铝诱导多晶碲锌镉薄膜的制备方法，其特征在于将衬底清洗后，在真空度条件下，加热，通入氩气，进行反溅清洗，在碲锌镉晶体靶上的施加溅射功率起辉，对衬底表面镀碲锌镉先驱薄膜，再对镀碲锌镉先驱薄膜的表面溅射金属铝膜，制成碲锌镉先驱薄膜/诱导金属Al膜的层叠结构，在氩气气氛保护下对碲锌镉先驱薄膜/诱导金属Al膜层叠结构进行热处理，最后用pH=12的氢氧化钠的溶液将表面析出的铝材料腐蚀去除，获得多晶碲锌镉薄膜产品，该方法具有成本低，适用于大面积沉积薄膜，薄膜与基片间附着力较大，可控性好，原材料利用率高，生产效率高、成膜质量好、晶粒尺寸大，载流子迁移率高的优点及效果。
文档编号C23C14/14GK102839347SQ201110172200
公开日2012年12月26日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者曾冬梅, 周海, 潘松海, 杨英歌 申请人:北京石油化工学院