專(zhuān)利名稱(chēng)：一種Au/Cr-CZT復(fù)合電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Au/Cr-CZT復(fù)合電極的制備方法，屬于CdZnTe(CZT)半導(dǎo)體材料探測(cè)器 姆電極制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)于CdZnTe核輻射探測(cè)器來(lái)說(shuō)，它們的性能通常歸因于物體材料的性質(zhì)。前人的工作 主要集中于CdZnTe核輻射探測(cè)器工作的穩(wěn)定性，但對(duì)于金屬電極和CZT表面之間的界面層 對(duì)探測(cè)器性能的影響，還沒(méi)有足夠的重視。CdZnTe探測(cè)器的金屬/半導(dǎo)體接觸界面層的性質(zhì) 直接決定了界面接觸的特性以及表面漏電流，金屬電極與CdZnTe之間的互擴(kuò)散和宏觀以及 微觀缺陷對(duì)器件的性能產(chǎn)生很大影響。電極沉積工藝是影響金屬電極和CZT表面之間的接觸 界面層性質(zhì)的關(guān)鍵因素，因此電極制備工藝是CZT探測(cè)器制備的關(guān)鍵工藝，直接影響探測(cè)器 的性能。前人已分析比較三種不同沉積工藝條件下Au/CdZnTe接觸界面的特性，可以看出 濺射沉積的Au電極有著較好的附著力，但其歐姆接觸特性較差；真空蒸發(fā)沉積的Au電極有 著較為均勻的電極接觸層，但其電極附著力較差；化學(xué)法沉積的An電極能形成較好的歐姆 接觸特性，但其電極接觸層均勻性較差。因此，上述三層電極沉積方法特點(diǎn)各不相同。在實(shí) 際應(yīng)用中，熱蒸發(fā)沉積Au工藝更方便也更容易控制，但目前面臨的最主要問(wèn)題就是如何增 強(qiáng)電極接觸層的附著力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改善真空蒸發(fā)法沉積Au電極附附著力差的問(wèn)題；本發(fā)明的另一目的是 提供一種在CdZnTe(CZT)半導(dǎo)體材料表面沉積Au/Cr復(fù)合電極層的方法。
之所以考慮用Au/Cr復(fù)合電極替代單一的Au電極，是因?yàn)榭山鉀QCdZnTe半導(dǎo)體與金屬 接觸界面的附著力結(jié)合問(wèn)題。
Au/Cr復(fù)合電極能較好的改善真空蒸發(fā)沉積Au電極附著力較差這一問(wèn)題，這是因?yàn)镃r 的熱膨脹系數(shù)(6.7X10—6/k)比較接近于CZT (7.41X10力k)，因此中間的一層Cr能夠降低 接觸層的熱應(yīng)力，Cr與CZT的接觸更緊密。此外在制備復(fù)合電極工藝中又經(jīng)歷了一個(gè)合金化 的過(guò)程，大大提高了Au、 Cr與CZT的互相的附著力，使電極層的附著力明顯大于真空蒸發(fā) 法沉積單一Au電極層的附著力，I-V特性曲線顯示其歐姆接觸特性更佳，漏電流更小，因此 能夠較好地改善器件的能譜響應(yīng)性能。
本發(fā)明中CdZnTe半導(dǎo)體材料的來(lái)源是由本校實(shí)驗(yàn)室研制的，用低壓垂直里奇曼法生長(zhǎng) 的Cdo.9Zn(uTe高阻晶體，其電阻率約為108 109Q.cm，導(dǎo)電類(lèi)型為弱P型。
3本發(fā)明一種Au/Cr-CZT復(fù)合電極的制備方法，其特征在于具有以下的過(guò)程和步驟 利用傳統(tǒng)常用的現(xiàn)有真空蒸發(fā)裝置，采用真空蒸發(fā)法在CdZnTe(CZT)半導(dǎo)體材料的表面 上先鍍覆一層Cr金屬層，然后在Cr金屬層上再鍍覆一層Au層，構(gòu)成Au/Cr-CZT復(fù)合電極；
a. 首先用水洗金剛砂粉和剛玉微粉拋光液對(duì)CZT (III)方向的晶片依次研磨拋光至表面 平整，無(wú)劃痕與拉絲，然后超聲清洗，并在N2氣氛下吹干；
b. 將上述經(jīng)拋光、清洗處理后的晶片放置于腐蝕液中，進(jìn)行表面化學(xué)處理；腐蝕液為含 有5。/。Br2的甲醇溶液及含有2% Br2、 20%乳酸的乙二醇溶液，兩次化學(xué)處理的時(shí)間為1 3 分鐘；將完成腐蝕后的晶片在甲醇中清洗多次以去除表面殘余的Br2;
c. 將上述處理后的CZT晶片放入真空蒸發(fā)裝置中的蒸發(fā)工作臺(tái)上，隨后將蒸發(fā)室的真空 度抽至10-5 l(T7Pa;
d. 啟動(dòng)蒸發(fā)裝置，在CZT晶片表面先蒸發(fā)沉積一層厚度為3 15nm的Cr層，然后在 Cr金屬層上再蒸發(fā)沉積一層厚度為50 150nm的Au電極層；然后在100 20(TC溫度下恒溫 10 60分鐘，以促進(jìn)電極層的合金化過(guò)程；然后待晶片自然冷卻0.5 2小時(shí)后取出，即為 Au/Cr-CZT復(fù)合電極。
本發(fā)明的特點(diǎn)是利用Cr的熱膨脹系數(shù)比較接近于CZT在沉積Au電極層前先蒸發(fā)鍍覆一 層薄的Cr金屬層，可緩沖Au與CZT接觸層的熱應(yīng)力，在經(jīng)歷了合金化過(guò)程后可提高Au、 Cr與CZT的相互間的結(jié)合力或附著力，改善了歐姆接觸性能。本發(fā)明方法制得的Au/Cr-CZT 合電極，不但使CdZnTe(CZT)探測(cè)器獲得更優(yōu)良的歐弛接觸性能，而且改善和提高了CZT射 線探測(cè)器的電學(xué)性能及能譜響應(yīng)能力。


圖1為本發(fā)明方法制得的Au/Cr-CZT復(fù)合電極與以往Au-CZT的電極接觸附著強(qiáng)度比較圖。 圖2為本發(fā)明法制得的Au/Cr-CZT復(fù)合電極與以往Au-CZT電極情況下CZT探測(cè)器I-V特性
曲線圖。
圖3為本發(fā)明方法制得的Au/Cr-CZT復(fù)合電極與以往Au-CZT電極在241Am輻射照下的能譜
響應(yīng)比較圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)一步敘述于后。 實(shí)施例l
a.首先用水洗金剛砂粉(1200)和粒徑為0.5pm的剛玉微粉拋光液對(duì)CZT (III)方向的
晶片依次研磨至表面平整，無(wú)劃痕與拉絲，超聲清洗后在N2氣氛下吹干。拋光后晶片表面光
4亮，無(wú)缺陷損傷，干涉顯微鏡下觀察，表面干涉條紋細(xì)而直。采用組分為5n/。Br2+甲醇(BM) 和2。/。Br2+20。/。乳酸+乙二醇(LB)的腐蝕液對(duì)拋光后的CZT晶片進(jìn)行表面化學(xué)處理，時(shí)間為1 分鐘，并對(duì)完成腐蝕的晶片在甲醇中清洗以去除表面殘余的Br2。
b. 將拋光處理后表面新鮮的樣品放入蒸發(fā)設(shè)備的樣品臺(tái)上，隨后將蒸發(fā)真空度抽至 l(T5 l(T7Pa。
c. 在CZT樣品的表面先蒸發(fā)沉積一層厚度為lOnm的Cr,然后在Cr層上再蒸一層厚度 為50nrn的Au電極，18(TC恒溫15分鐘，然后待樣品自然冷卻0.5小時(shí)取出。最終制得 Au/Cr-CZT復(fù)合電極。
實(shí)施例2
a. 首先用水洗金剛砂粉(1200)和粒徑為0.5|am的剛玉微粉拋光液對(duì)CZT (III)方向的 晶片依次研磨至表面平整，無(wú)劃痕與拉絲，超聲清洗后在N2氣氛下吹干。拋光后晶片表面光 亮，無(wú)缺陷損傷，干涉顯微鏡下觀察，表面干涉條紋細(xì)而直。采用組分為5Q/。Br2+甲醇(BM) 和2。/。Br2+20。/。乳酸+乙二醇(LB)的腐蝕液對(duì)拋光后的CZT晶片進(jìn)行表面化學(xué)處理，時(shí)間為2 分鐘，并對(duì)完成腐蝕的晶片在甲醇中清洗以去除表面殘余的Br2。
b. 將拋光處理后表面新鮮的樣品放入蒸發(fā)設(shè)備的樣品臺(tái)上，隨后將蒸發(fā)真空度抽至 l(T5 l(T7Pa。
c. 在CZT樣品的表面先蒸發(fā)沉積一層厚度為5nm的Cr，然后在Cr層上再蒸一層厚度為 80nm的Au電極，150'C恒溫20分鐘，然后待樣品自然冷卻1小時(shí)取出。最終制得Au/Cr-CZT 復(fù)合電極。
實(shí)施例3
a. 首先用水洗金剛砂粉(1200)和粒徑為0.5,的剛玉微粉拋光液對(duì)CZT (III)方向的 晶片依次研磨至表面平整，無(wú)劃痕與拉絲，超聲清洗后在N2氣氛下吹干。拋光后晶片表面光 亮，無(wú)缺陷損傷，干涉顯微鏡下觀察，表面干涉條紋細(xì)而直。采用組分為5。/。Br2+甲醇(BM) 和2。/。Br2+20y。乳酸+乙二醇(LB;)的腐蝕液對(duì)拋光后的CZT晶片進(jìn)行表面化學(xué)處理，時(shí)間為1 分鐘，并對(duì)完成腐蝕的晶片在甲醇中清洗以去除表面殘余的Br2。
b. 將拋光處理后表面新鮮的樣品放入蒸發(fā)設(shè)備的樣品臺(tái)上，隨后將蒸發(fā)真空度抽至 10_5 10-7Pa。
c. 在CZT樣品的表面先蒸發(fā)沉積一層厚度為3nm的Cr，然后在Cr層上再蒸一層厚度為 lOOnm的Au電極，12(TC恒溫30分鐘，然后待樣品自然冷卻1小時(shí)取出。最終制得Au/Cr-CZT 復(fù)合電極。
5對(duì)上述實(shí)施例所得樣品Au/Cr-CZT復(fù)合電極與以往AU-CZT電極所作的性能測(cè)試結(jié)果比 較見(jiàn)附圖中的圖1、圖2和圖3。
圖1為本發(fā)明的Au/Ct-CZT復(fù)合電極與以往Au-CZT的電極接觸附著強(qiáng)度比較圖。從圖 中可見(jiàn)Au/Cr復(fù)合電極較Au電極的附著強(qiáng)度或結(jié)合強(qiáng)度高。
圖2為本發(fā)明的Au/Cr-CZT復(fù)合電極與以往Au-CZT電極情況下CZT探測(cè)器I-V特性曲 線圖。
為了確定此兩種電極的歐姆特性，將圖中的I-V曲線按I(V)=aVb的形式進(jìn)行非線性擬合， 擬合結(jié)果如下表1所示。結(jié)合I-V曲線圖和擬合結(jié)果，可以看出Au/Cr-CZT的擬合系數(shù)比 Au-CZT更接近于l，可見(jiàn)采用Au/Cr復(fù)合電極更容易形成歐姆接觸，同時(shí)其漏電流也較小， 因此采用Au/Cr復(fù)合電極可獲得較好的電學(xué)性能。
表l I-V曲線的擬合結(jié)果
樣品AuAu/Cr
歐姆線性系數(shù)b1.1131.107
圖3為本發(fā)明的Au/Cr-CZT復(fù)合電極與以往Au-CZT電極在放射源镅(Am241)輻照下 的能譜響應(yīng)比較圖。從圖中可看出Au/Cr-CZT接觸比Au-CZT接觸信號(hào)峰值更強(qiáng)。進(jìn)一步考 察Au/Cr-CZT與Au-CZT接觸的能量分辨率，如表2所示。
表2 Au/Cr-CZT與Au-CZT探測(cè)器的能量分辨率
樣品FWHM
Au-CZT229056624.7%
Au/Cr-CZT226531213.8%
采用真空蒸發(fā)沉積Au制備的CZT探測(cè)器樣品在放射源镅Am241的照射下能產(chǎn)生較 好的能譜響應(yīng)，該器件能量分辨率達(dá)到24.7%。 Au/Cr復(fù)合沉積工藝是在真空蒸發(fā)Au工藝基 礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的一種優(yōu)化工藝，其能量分辨率接近于13.8%，且該響應(yīng)峰的峰位對(duì)稱(chēng)性也較 好，由此推斷看出該器件的電荷收集效率較高。由Au-CZT與Au/Cr-CZT對(duì)比能譜響應(yīng)可發(fā) 現(xiàn)，經(jīng)過(guò)工藝的改善，Au/Cr-CZT能夠很好地提CZT探測(cè)器電荷收集效率，從而獲得較好的 能量分辨率。
權(quán)利要求
1. 一種Au/Cr-CZT復(fù)合電極的制備方法，其特征在于具有以下的過(guò)程和步驟利用傳統(tǒng)常用的現(xiàn)有真空蒸發(fā)裝置，采用真空蒸發(fā)法在CdZnTe(CZT)半導(dǎo)體材料的表面上先鍍覆一層Cr金屬層，然后在Cr金屬層上再鍍覆一層Au層，構(gòu)成Au/Cr-CZT復(fù)合電極；a. 首先用水洗金剛砂粉和剛玉微粉拋光液對(duì)CZT(III)方向的晶片依次研磨拋光至表面平整，無(wú)劃痕與拉絲，然后超聲清洗，并在N2氣氛下吹干；b. 將上述經(jīng)拋光、清洗處理后的晶片放置于腐蝕液中，進(jìn)行表面化學(xué)處理；腐蝕液為含有5％Br2的甲醇溶液及含有2％Br2、20％乳酸的乙二醇溶液，兩次化學(xué)處理的時(shí)間為1～3分鐘；將完成腐蝕后的晶片在甲醇中清洗多次以去除表面殘余的Br2；c. 將上述處理后的CZT晶片放入真空蒸發(fā)裝置中的蒸發(fā)工作臺(tái)上，隨后將蒸發(fā)室的真空度抽至10-5～10-7Pa；d. 啟動(dòng)蒸發(fā)裝置，在CZT晶片表面先蒸發(fā)沉積一層厚度為3～15nm的Cr層，然后在Cr金屬層上再蒸發(fā)沉積一層厚度為50～150nm的Au電極層；然后在100～200℃溫度下恒溫10～60分鐘，以促進(jìn)電極層的合金化過(guò)程；然后待晶片自然冷卻0.5～2小時(shí)后取出，即為Au/Cr-CZT復(fù)合電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Au/Cr-CZT復(fù)合電極的制備方法，屬于CdZnTe(CZT)半導(dǎo)體材料探測(cè)器歐姆電極制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法利用傳統(tǒng)常用的現(xiàn)有真空蒸發(fā)裝置，在CZT表面先蒸發(fā)沉積一層厚度為3～15nm的Cr層，然后再蒸發(fā)沉積一層厚度為50～150nm的Au電極層，然后在100～200℃溫度下恒溫10～60分鐘，以促進(jìn)電極層的合金化過(guò)程，真空蒸發(fā)的真空度在10^-5～10^-7Pa，然后待晶片自然冷卻0.5～2小時(shí)，最終制得Au/Cr-CZT復(fù)合接觸電極。本發(fā)明方法所得的Au/Cr-CZT復(fù)合電極與以往的Au-CZT電極相比，復(fù)合電極的接觸附著力更強(qiáng)、I-V特性曲線顯示其歐姆線性更佳，器件的能譜響應(yīng)也得到了提高和改善。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101459207SQ20091004485
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2009年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月4日
發(fā)明者戴靈恩, 桑文斌, 梁小燕, 王林軍, 王長(zhǎng)君, 秦凱豐, 岳 趙, 閔嘉華, 軍 陳 申請(qǐng)人:上海大學(xué)