专利名称：一种Au/Cr-CZT复合电极的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种Au/Cr-CZT复合电极的制备方法，属于CdZnTe(CZT)半导体材料探测器 姆电极制备技术领域。
背景技术：
对于CdZnTe核辐射探测器来说，它们的性能通常归因于物体材料的性质。前人的工作 主要集中于CdZnTe核辐射探测器工作的稳定性，但对于金属电极和CZT表面之间的界面层 对探测器性能的影响，还没有足够的重视。CdZnTe探测器的金属/半导体接触界面层的性质 直接决定了界面接触的特性以及表面漏电流，金属电极与CdZnTe之间的互扩散和宏观以及 微观缺陷对器件的性能产生很大影响。电极沉积工艺是影响金属电极和CZT表面之间的接触 界面层性质的关键因素，因此电极制备工艺是CZT探测器制备的关键工艺，直接影响探测器 的性能。前人已分析比较三种不同沉积工艺条件下Au/CdZnTe接触界面的特性，可以看出 溅射沉积的Au电极有着较好的附着力，但其欧姆接触特性较差；真空蒸发沉积的Au电极有 着较为均匀的电极接触层，但其电极附着力较差；化学法沉积的An电极能形成较好的欧姆 接触特性，但其电极接触层均匀性较差。因此，上述三层电极沉积方法特点各不相同。在实 际应用中，热蒸发沉积Au工艺更方便也更容易控制，但目前面临的最主要问题就是如何增 强电极接触层的附着力。
发明内容
本发明的目的是改善真空蒸发法沉积Au电极附附着力差的问题；本发明的另一目的是 提供一种在CdZnTe(CZT)半导体材料表面沉积Au/Cr复合电极层的方法。
之所以考虑用Au/Cr复合电极替代单一的Au电极，是因为可解决CdZnTe半导体与金属 接触界面的附着力结合问题。
Au/Cr复合电极能较好的改善真空蒸发沉积Au电极附着力较差这一问题，这是因为Cr 的热膨胀系数(6.7X10—6/k)比较接近于CZT (7.41X10力k)，因此中间的一层Cr能够降低 接触层的热应力，Cr与CZT的接触更紧密。此外在制备复合电极工艺中又经历了一个合金化 的过程，大大提高了Au、 Cr与CZT的互相的附着力，使电极层的附着力明显大于真空蒸发 法沉积单一Au电极层的附着力，I-V特性曲线显示其欧姆接触特性更佳，漏电流更小，因此 能够较好地改善器件的能谱响应性能。
本发明中CdZnTe半导体材料的来源是由本校实验室研制的，用低压垂直里奇曼法生长 的Cdo.9Zn(uTe高阻晶体，其电阻率约为108 109Q.cm，导电类型为弱P型。
3本发明一种Au/Cr-CZT复合电极的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤 利用传统常用的现有真空蒸发装置，采用真空蒸发法在CdZnTe(CZT)半导体材料的表面 上先镀覆一层Cr金属层，然后在Cr金属层上再镀覆一层Au层，构成Au/Cr-CZT复合电极；
a. 首先用水洗金刚砂粉和刚玉微粉抛光液对CZT (III)方向的晶片依次研磨抛光至表面 平整，无划痕与拉丝，然后超声清洗，并在N2气氛下吹干；
b. 将上述经抛光、清洗处理后的晶片放置于腐蚀液中，进行表面化学处理；腐蚀液为含 有5。/。Br2的甲醇溶液及含有2% Br2、 20%乳酸的乙二醇溶液，两次化学处理的时间为1 3 分钟；将完成腐蚀后的晶片在甲醇中清洗多次以去除表面残余的Br2;
c. 将上述处理后的CZT晶片放入真空蒸发装置中的蒸发工作台上，随后将蒸发室的真空 度抽至10-5 l(T7Pa;
d. 启动蒸发装置，在CZT晶片表面先蒸发沉积一层厚度为3 15nm的Cr层，然后在 Cr金属层上再蒸发沉积一层厚度为50 150nm的Au电极层；然后在100 20(TC温度下恒温 10 60分钟，以促进电极层的合金化过程；然后待晶片自然冷却0.5 2小时后取出，即为 Au/Cr-CZT复合电极。
本发明的特点是利用Cr的热膨胀系数比较接近于CZT在沉积Au电极层前先蒸发镀覆一 层薄的Cr金属层，可缓冲Au与CZT接触层的热应力，在经历了合金化过程后可提高Au、 Cr与CZT的相互间的结合力或附着力，改善了欧姆接触性能。本发明方法制得的Au/Cr-CZT 合电极，不但使CdZnTe(CZT)探测器获得更优良的欧弛接触性能，而且改善和提高了CZT射 线探测器的电学性能及能谱响应能力。
图1为本发明方法制得的Au/Cr-CZT复合电极与以往Au-CZT的电极接触附着强度比较图。 图2为本发明法制得的Au/Cr-CZT复合电极与以往Au-CZT电极情况下CZT探测器I-V特性
曲线图。
图3为本发明方法制得的Au/Cr-CZT复合电极与以往Au-CZT电极在241Am辐射照下的能谱
响应比较图。
具体实施例方式
现将本发明的具体实施例进一步叙述于后。 实施例l
a.首先用水洗金刚砂粉(1200)和粒径为0.5pm的刚玉微粉抛光液对CZT (III)方向的
晶片依次研磨至表面平整，无划痕与拉丝，超声清洗后在N2气氛下吹干。抛光后晶片表面光
4亮，无缺陷损伤，干涉显微镜下观察，表面干涉条纹细而直。采用组分为5n/。Br2+甲醇(BM) 和2。/。Br2+20。/。乳酸+乙二醇(LB)的腐蚀液对抛光后的CZT晶片进行表面化学处理，时间为1 分钟，并对完成腐蚀的晶片在甲醇中清洗以去除表面残余的Br2。
b. 将抛光处理后表面新鲜的样品放入蒸发设备的样品台上，随后将蒸发真空度抽至 l(T5 l(T7Pa。
c. 在CZT样品的表面先蒸发沉积一层厚度为lOnm的Cr,然后在Cr层上再蒸一层厚度 为50nrn的Au电极，18(TC恒温15分钟，然后待样品自然冷却0.5小时取出。最终制得 Au/Cr-CZT复合电极。
实施例2
a. 首先用水洗金刚砂粉(1200)和粒径为0.5|am的刚玉微粉抛光液对CZT (III)方向的 晶片依次研磨至表面平整，无划痕与拉丝，超声清洗后在N2气氛下吹干。抛光后晶片表面光 亮，无缺陷损伤，干涉显微镜下观察，表面干涉条纹细而直。采用组分为5Q/。Br2+甲醇(BM) 和2。/。Br2+20。/。乳酸+乙二醇(LB)的腐蚀液对抛光后的CZT晶片进行表面化学处理，时间为2 分钟，并对完成腐蚀的晶片在甲醇中清洗以去除表面残余的Br2。
b. 将抛光处理后表面新鲜的样品放入蒸发设备的样品台上，随后将蒸发真空度抽至 l(T5 l(T7Pa。
c. 在CZT样品的表面先蒸发沉积一层厚度为5nm的Cr，然后在Cr层上再蒸一层厚度为 80nm的Au电极，150'C恒温20分钟，然后待样品自然冷却1小时取出。最终制得Au/Cr-CZT 复合电极。
实施例3
a. 首先用水洗金刚砂粉(1200)和粒径为0.5,的刚玉微粉抛光液对CZT (III)方向的 晶片依次研磨至表面平整，无划痕与拉丝，超声清洗后在N2气氛下吹干。抛光后晶片表面光 亮，无缺陷损伤，干涉显微镜下观察，表面干涉条纹细而直。采用组分为5。/。Br2+甲醇(BM) 和2。/。Br2+20y。乳酸+乙二醇(LB;)的腐蚀液对抛光后的CZT晶片进行表面化学处理，时间为1 分钟，并对完成腐蚀的晶片在甲醇中清洗以去除表面残余的Br2。
b. 将抛光处理后表面新鲜的样品放入蒸发设备的样品台上，随后将蒸发真空度抽至 10_5 10-7Pa。
c. 在CZT样品的表面先蒸发沉积一层厚度为3nm的Cr，然后在Cr层上再蒸一层厚度为 lOOnm的Au电极，12(TC恒温30分钟，然后待样品自然冷却1小时取出。最终制得Au/Cr-CZT 复合电极。
5对上述实施例所得样品Au/Cr-CZT复合电极与以往AU-CZT电极所作的性能测试结果比 较见附图中的图1、图2和图3。
图1为本发明的Au/Ct-CZT复合电极与以往Au-CZT的电极接触附着强度比较图。从图 中可见Au/Cr复合电极较Au电极的附着强度或结合强度高。
图2为本发明的Au/Cr-CZT复合电极与以往Au-CZT电极情况下CZT探测器I-V特性曲 线图。
为了确定此两种电极的欧姆特性，将图中的I-V曲线按I(V)=aVb的形式进行非线性拟合， 拟合结果如下表1所示。结合I-V曲线图和拟合结果，可以看出Au/Cr-CZT的拟合系数比 Au-CZT更接近于l，可见采用Au/Cr复合电极更容易形成欧姆接触，同时其漏电流也较小， 因此采用Au/Cr复合电极可获得较好的电学性能。
表l I-V曲线的拟合结果
样品AuAu/Cr
欧姆线性系数b1.1131.107
图3为本发明的Au/Cr-CZT复合电极与以往Au-CZT电极在放射源镅(Am241)辐照下 的能谱响应比较图。从图中可看出Au/Cr-CZT接触比Au-CZT接触信号峰值更强。进一步考 察Au/Cr-CZT与Au-CZT接触的能量分辨率，如表2所示。
表2 Au/Cr-CZT与Au-CZT探测器的能量分辨率
样品FWHM
Au-CZT229056624.7%
Au/Cr-CZT226531213.8%
采用真空蒸发沉积Au制备的CZT探测器样品在放射源镅Am241的照射下能产生较 好的能谱响应，该器件能量分辨率达到24.7%。 Au/Cr复合沉积工艺是在真空蒸发Au工艺基 础上发展出来的一种优化工艺，其能量分辨率接近于13.8%，且该响应峰的峰位对称性也较 好，由此推断看出该器件的电荷收集效率较高。由Au-CZT与Au/Cr-CZT对比能谱响应可发 现，经过工艺的改善，Au/Cr-CZT能够很好地提CZT探测器电荷收集效率，从而获得较好的 能量分辨率。
权利要求
1. 一种Au/Cr-CZT复合电极的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤利用传统常用的现有真空蒸发装置，采用真空蒸发法在CdZnTe(CZT)半导体材料的表面上先镀覆一层Cr金属层，然后在Cr金属层上再镀覆一层Au层，构成Au/Cr-CZT复合电极；a. 首先用水洗金刚砂粉和刚玉微粉抛光液对CZT(III)方向的晶片依次研磨抛光至表面平整，无划痕与拉丝，然后超声清洗，并在N2气氛下吹干；b. 将上述经抛光、清洗处理后的晶片放置于腐蚀液中，进行表面化学处理；腐蚀液为含有5％Br2的甲醇溶液及含有2％Br2、20％乳酸的乙二醇溶液，两次化学处理的时间为1～3分钟；将完成腐蚀后的晶片在甲醇中清洗多次以去除表面残余的Br2；c. 将上述处理后的CZT晶片放入真空蒸发装置中的蒸发工作台上，随后将蒸发室的真空度抽至10-5～10-7Pa；d. 启动蒸发装置，在CZT晶片表面先蒸发沉积一层厚度为3～15nm的Cr层，然后在Cr金属层上再蒸发沉积一层厚度为50～150nm的Au电极层；然后在100～200℃温度下恒温10～60分钟，以促进电极层的合金化过程；然后待晶片自然冷却0.5～2小时后取出，即为Au/Cr-CZT复合电极。
全文摘要
本发明涉及一种Au/Cr-CZT复合电极的制备方法，属于CdZnTe(CZT)半导体材料探测器欧姆电极制备技术领域。本发明方法利用传统常用的现有真空蒸发装置，在CZT表面先蒸发沉积一层厚度为3～15nm的Cr层，然后再蒸发沉积一层厚度为50～150nm的Au电极层，然后在100～200℃温度下恒温10～60分钟，以促进电极层的合金化过程，真空蒸发的真空度在10<sup>-5</sup>～10<sup>-7</sup>Pa，然后待晶片自然冷却0.5～2小时，最终制得Au/Cr-CZT复合接触电极。本发明方法所得的Au/Cr-CZT复合电极与以往的Au-CZT电极相比，复合电极的接触附着力更强、I-V特性曲线显示其欧姆线性更佳，器件的能谱响应也得到了提高和改善。
文档编号H01L31/18GK101459207SQ20091004485
公开日2009年6月17日 申请日期2009年1月4日 优先权日2009年1月4日
发明者戴灵恩, 桑文斌, 梁小燕, 王林军, 王长君, 秦凯丰, 岳 赵, 闵嘉华, 军 陈 申请人:上海大学