CN102140632A - 在碲化镉、碲锌镉和碲锰镉上化学镀金铂合金电极的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在碲化镉、碲锌镉和碲锰镉上化学镀金铂合金电极的方法，用于解决现有的化学镀方法制备电极时结合力差的技术问题。技术方案是利用氯金酸(HAuCl₄·4H₂O)和氯铂酸(H₂PtCl₆·6H₂O)溶液的化学镀工艺和半导体光刻工艺，在CdTe、Cd_1-xZn_xTe和Cd_1-xMn_xTe(0＜x＜1)半导体晶片表面制备金铂合金(Au_yPt_1-y，0＜y＜1)电极，提高了CdTe、Cd_1-xZn_xTe和Cd_1-xMn_xTe(0＜x＜1)半导体晶片与金铂合金电极的结合力，得到了致密性好，与基底结合牢固，与外电路连接过程中无剥落现象，电学性能优良的金铂合金电极。

Description

在碲化镉、碲锌镉和碲锰镉上化学镀金铂合金电极的方法

技术领域

本发明涉及一种化学镀电极的方法，特别涉及一种在碲化镉、碲锌镉和碲锰镉上化学镀金铂合金电极的方法。

背景技术

近年来，镉基化合物半导体碲化镉、碲锌镉和碲锰镉晶体(以下简称CdTe、Cd_1-xZn_xTe和Cd_1-xMn_xTe(0＜x＜1))在室温核辐射探测器的应用上展现出巨大潜力。根据Shockley-Ramo理论，当探测器形状一定时，电极的形状决定了探测器中的权重势(Weighting Potential)的分布。化学沉积，即化学镀(Electroless deposition)是一种操作简单、成本低廉的复杂电极制备方法。

文献“申请号是US 2006/0121716Al的美国专利”公开一种在II-VI族半导体及其化合物上利用氯金酸或氯铂酸水溶液电化学沉积(Electrochemical Deposition)Au和Pt电极的方法。该方法用电化学沉积方法在机械化学抛光过的半导体晶片上沉积单元素薄膜电极。用该方法制备Au电极时，由于Au与半导体基底的结合力相对较差，在Au膜超过100nm后内应力较大，极易在与外电路连接焊合过程中脱落；制备的Pt电极往往不是光亮的电极，而是铂黑，疏松多孔的铂黑电极会影响金属半导体的接触势垒和器件内的电场分布。

发明内容

为了克服现有的化学镀方法制备电极时结合力差的缺点，本发明提供一种在碲化镉、碲锌镉和碲锰镉上化学镀金铂合金电极的方法，利用氯金酸(HAuCl₄·4H₂O)和氯铂酸(H₂PtCl₆·6H₂O)溶液的化学镀工艺和半导体光刻工艺，在CdTe、Cd_1-xZn_xTe和Cd_1-xMn_xTe(0＜x＜1)半导体晶片表面制备金铂合金(Au_yPt_1-y，0＜y＜1)电极，可以提高CdTe、Cd_1-xZn_xTe和Cd_1-xMn_xTe(0＜x＜1)半导体晶片与金铂合金电极的结合力，得到致密性好，与基底结合牢固，在与外电路连接过程中无剥落现象，电学性能优良的金铂合金电极。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种在碲化镉、碲锌镉和碲锰镉上化学镀金铂合金电极的方法，其特点是包括以下步骤：

(a)选取阻抗ρ＞10⁸Ω·cm的CdTe、阻抗ρ＞10⁹Ω·cm的Cd_1-xZn_xTe和阻抗ρ＞10⁹Ω·cm的Cd_1-xMn_xTe(0＜x＜1)晶片，进行机械抛光，之后在丙酮溶液中超声清洗；

(b)用半导体光刻工艺在晶片表面制备出所需的电极式样，对不需要镀电极的晶片表面涂胶保护；

(c)配制氯金酸和氯铂酸溶液浓度分别为Ag/L和Bg/L，用移液器分别取氯金酸和氯铂酸溶液V₁L和V₂L，其中，

y为金铂合金电极中Au的相对原子含量，M_A和M_B分别为氯金酸和氯铂酸的相对分子质量。之后用去离子水稀释，缓慢加热至40～60℃，并用稀盐酸调节pH为4～6；

(d)将经步骤(b)处理的晶片全部浸入到步骤(c)配制的溶液中，保持40～60℃不变，缓慢搅动溶液并保持3～5min，在晶片表面会得到100至200nm厚的光亮的金属薄膜，取出后立即放入去离子水中清洗，氮气吹干；

(e)将步骤(d)得到的晶片浸入丙酮中，溶解掉保护的光刻胶，并用去离子水清洗数次，氮气吹干。

本发明的有益效果是：采用Au/Pt共沉积的方法，克服了Au与半导体基底结合力差以及Pt难以沉积的不足，与基底的结合力优良，在与外电路连接焊合过程中无剥落现象，扫描电镜下观察无孔隙和裂纹，致密性好，较现有的化学镀单元素电极大大改善；制得的金铂合金电极成分连续可控；电极与半导体为非注入式接触。此外，本发明所制备的电极功函数可以在Au与Pt之间随成分可控变化。

以下结合具体实施例，并参考附图，对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为实施例1中制备的电极SEM图像。

图2为实施例1中CAPture探测器的I-V特性曲线。

图3为实施例1中CAPture探测器对¹³⁷Cs@662KeV的响应能谱。

图4为实施例2中制备的电极SEM图像。

图5为实施例2中CAPture探测器的I-V特性曲线。

图6为实施例3中所制备的电极SEM图像。

具体实施方式

实施例1：在Cd_1-xZn_xTe(x＝0.1)晶片(4×4×2mm³)表面化学镀金铂合金(Au_yPt_1-y，y＝0.7)CAPture电极。步骤如下：

(a)将选取的高阻碲锌镉晶片(ρ＝10¹⁰Ω·cm)进行机械抛光，表面粗糙度小于10nm，之后在丙酮溶液中超声清洗5min；

(b)在黄光灯下，用甩胶匀胶机在处理好的碲锌镉晶片表面均匀的涂覆一层光刻胶，在80℃下烘烤3min，待光刻胶完全固化后，将晶片放置于掩模板下在紫外光下曝光60s，再用显影液将曝光的光刻胶溶解掉，得到所要的电极式样；

(c)配制氯金酸和氯铂酸溶液浓度分别为10g/L和10g/L，用移液器分别取氯金酸、氯铂酸溶液0.72ml、0.39ml，用去离子水稀释至100ml，缓慢加热至40℃，并用稀盐酸调节pH为4；

(d)将步骤(b)得到的晶片全部浸入到(c)配制的溶液中，温度保持40℃，缓慢搅动溶液并保持3min，取出后立即放入去离子水中清洗，氮气吹干；

(e)将步骤(d)得到的晶片浸入丙酮中，溶解掉保护的光刻胶，用去离子水清洗数次，氮气吹干。即可在碲锌镉表面制备厚度约为100nm光亮的金铂合金电极。

从图1可以看出，金属薄膜致密，连续均匀，经EDS测得的Au和Pt的原子比为2.31∶1，制得薄膜的成分与溶液的成分配比趋于一致，其中Au和Pt原子比为2.32∶1。经过划痕测试检验，金属薄膜与半导体晶片的结合力良好，达到与外电路连接焊合的结合强度要求。

从图2可以看出，制备CAPture探测器的I-V曲线趋于线性，在高压下无注入现象，界面处金属半导体接触势垒的存在使得漏电流进一步减小，在100V时，漏电流最大仅为0.09nA。从图3可以得出，CAPture探测器对¹³⁷Cs@662KeV的响应能谱，其能量分辨率为～2.1％。

实施例2：在Cd_1-xZn_xTe(x＝0.04)晶片(4×4×2mm³)表面化学镀金铂合金(Au_yPt_1-y，x＝0.6)CAPture电极。步骤如下：

(a)将选取的高阻碲锌镉晶片(ρ＝10¹⁰Ω·cm)进行机械抛光，表面粗糙度小于10nm，之后在丙酮溶液中超声清洗10min；

(b)在黄光灯下，用甩胶匀胶机在处理好的碲锌镉晶片表面均匀的涂覆一层光刻胶，在80℃下烘烤3min，待光刻胶完全固化后，将晶片放置于掩模板下在紫外光下曝光60s，再用显影液将曝光的光刻胶溶解掉，得到所要的电极式样；

(c)配制氯金酸和氯铂酸溶液浓度分别为10g/L和10g/L，用移液器分别取氯金酸、氯铂酸溶液0.48ml、0.40ml，用水稀释至100ml，缓慢加热至50℃，并用稀盐酸调节pH为5；

(d)将步骤(b)得到的晶片全部浸入到(c)配制的溶液中，温度保持50℃，缓慢搅动溶液并保持4min，取出后立即放入去离子水中清洗，氮气吹干；

(e)将步骤(d)得到的晶片浸入丙酮中，溶解掉保护的光刻胶，用去离子水清洗数次，氮气吹干。即可在碲锌镉表面制备厚度约为160nm光亮的金铂合金电极。经过划痕测试检验，金属薄膜与半导体晶片的结合力良好，达到与外电路连接焊合的结合强度要求。

从图4可以看出，金属薄膜致密，连续均匀，经EDS测得的Au和Pt的原子比为1.54∶1，制得薄膜的成分与溶液的成分配比趋于一致，其中Au和Pt原子比为1.51∶1。从图5可以看出，制备的CAPture探测器的I-V曲线不对称，在高压下无注入，在100V时，漏电流最大为1.31nA。

实施例3：在Cd_1-xMn_xTe(x＝0.1)晶片(10×10×2mm³)表面化学镀金铂合金(Au_yPt_1-y，x＝0.9)8×8像素电极。步骤如下：

(a)将选取的高阻碲锰镉晶片(ρ＝10¹⁰Ω·cm)进行机械抛光，表面粗糙度小于10nm，之后在丙酮溶液中超声清洗10min；

(b)在黄光灯下，用甩胶匀胶机在处理好的碲锰镉晶片表面均匀的涂覆一层光刻胶，在80℃下烘烤5min，待光刻胶完全固化后，将晶片放置于掩模板下在紫外光下曝光60s，再用显影液将曝光的光刻胶溶解掉，得到所要的8×8像素电极式样；

(c)配制氯金酸和氯铂酸溶液浓度分别为10g/L和10g/L，用移液器分别取氯金酸、氯铂酸溶液0.56ml、0.08ml，用去离子水稀释至50ml，缓慢加热至60℃，并用稀盐酸调节pH为6；

(d)将步骤(b)得到的晶片全部浸入到(c)配制的溶液中，温度保持60℃，缓慢搅动溶液并保持5min，取出后立即放入去离子水中清洗，氮气吹干；

(e)将步骤(d)得到的晶片浸入丙酮中，溶解掉保护的光刻胶，用去离子水清洗数次，氮气吹干。即可在碲锰镉表面制备厚度约为200nm光亮的金铂合金像素电极。经过划痕测试检验，金属薄膜与半导体晶片的结合力良好，达到与外电路连接焊合的结合强度要求。

图6为所制备的像素探测器的SEM图像，其中黑色不规则部分为导电胶带，颜色稍浅方块为像素电极。经EDS检测得到Au和Pt的原子比为8.9∶1，制得薄膜的成分与溶液的成分配比趋于一致，其中Au和Pt原子比为8.8∶1。经I-V测试，像素探测器各个像素电极与底电极之间的漏电流在100V时不超过3.0nA。

实施例4：在CdTe晶片(4×4×2mm³)表面化学镀金铂合金(Au_yPt_1-y，x＝0.7)CAPture电极。步骤如下：

(a)将选取的高阻碲化镉晶片(ρ＝10⁸Ω·cm)进行机械抛光，表面粗糙度小于10nm，之后在丙酮溶液中超声清洗5min；

(b)在黄光灯下，用甩胶匀胶机在处理好的碲化镉晶片表面均匀的涂覆一层光刻胶，在80℃下烘烤3min，待光刻胶完全固化后，将晶片放置于掩模板下在紫外光下曝光60s，再用显影液将曝光的光刻胶溶解掉，得到所要的电极式样；

(c)配制氯金酸和氯铂酸溶液浓度分别为10g/L和10g/L，用移液器分别取氯金酸、氯铂酸溶液0.72ml、0.39ml，用水稀释至100ml，缓慢加热至45℃，并用稀盐酸调节pH为4.5；

(d)将步骤(b)得到的晶片全部浸入到(c)配制的溶液中，温度保持45℃，缓慢搅动溶液并保持4.5min，取出后立即放入去离子水中清洗，氮气吹干；

(e)将步骤(d)得到的晶片浸入丙酮中，溶解掉保护的光刻胶，用去离子水清洗数次，氮气吹干。即可在碲化镉表面制备厚度约为150nm光亮的金铂合金电极。

经过划痕测试检验，金属薄膜与半导体晶片的结合力良好，达到与外电路连接焊合的结合强度要求。在SEM下观察，金属薄膜致密，连续均匀，经EDS测得的Au和Pt的原子比为2.35∶1，制得薄膜的成分与溶液的成分配比趋于一致，其中Au和Pt原子比为2.32∶1。制备CAPture探测器的I-V曲线趋于线性，在高压下无注入现象。在100V时，漏电流最大仅为0.3nA。

Claims (1)

1.一种在碲化镉、碲锌镉和碲锰镉上化学镀金铂合金电极的方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)选取阻抗ρ＞10⁸Ω·cm的CdTe、阻抗ρ＞10⁹Ω·cm的Cd_1-xZn_xTe和阻抗ρ＞10⁹Ω·cm的Cd_1-xMn_xTe(0＜x＜1)晶片，进行机械抛光，之后在丙酮溶液中超声清洗；

(b)用半导体光刻工艺在晶片表面制备出所需的电极式样，对不需要镀电极的晶片表面涂胶保护；

(c)配制氯金酸和氯铂酸溶液浓度分别为Ag/L和Bg/L，用移液器分别取氯金酸和氯铂酸溶液V₁L和V₂L，其中，y为金铂合金电极中Au的相对原子含量，M_A和M_B分别为氯金酸和氯铂酸的相对分子质量。之后用去离子水稀释，缓慢加热至40～60℃，并用稀盐酸调节pH为4～6；

(d)将经步骤(b)处理的晶片全部浸入到步骤(c)配制的溶液中，保持40～60℃不变，缓慢搅动溶液并保持3～5min，在晶片表面会得到100至200nm厚的光亮的金属薄膜，取出后立即放入去离子水中清洗，氮气吹干；

(e)将步骤(d)得到的晶片浸入丙酮中，溶解掉保护的光刻胶，并用去离子水清洗数次，氮气吹干。

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