CN103343389A - 一种柱状结构CdZnTe薄膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柱状结构CdZnTe薄膜及其制备方法，本方法包括如下步骤：（a）CdZnTe单晶升华源的准备；（b）衬底预处理；（c）CdZnTe薄膜生长；（d）CdZnTe薄膜抛光、腐蚀及退火；制得的柱状结构的CdZnTe薄膜厚度为100~500mm。本发明方法相比CdZnTe单晶生长工艺简单、成本更低、可大面积制备、批量生长可行性高。本发明制备的柱状CdZnTe薄膜相比常规的CdZnTe薄膜，具有更少的晶界缺陷和更好的电阻率，电阻率最高可达6×10⁹Ω·cm。

Description

一种柱状结构CdZnTe薄膜的制备方法

技术领域

本发明涉及一种柱状结构CdZnTe薄膜及其制备方法，属于无机非金属材料制造工艺技术领域。

背景技术

CdZnTe是重要的                                               

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族化合物半导体，由于其具有较高的平均原子序数和较大的禁带宽度，所以用这种材料制备的探测器具有较大的吸收系数、较高的计数率，尤其不需任何的冷却设备就能在室温下工作。其优越的光电性能，可广泛应用于X射线荧光分析、安全检测、医学成像以及空间研究。但由于CdZnTe固有的物性，熔体法生长的晶体存在成分不均匀性、晶界、孪晶、位错、夹杂相与沉淀相等许多缺陷，CdZnTe单晶材料不适合大面积平板探测器。为此，我们要寻找一种适合制备大面积CdZnTe薄膜、成本低的方法。

薄膜制备工艺相比单晶生长工艺简单，成本更低，批量生长可行性高，且基于薄膜的平面特性适合制备大面积的平板探测器。目前国际上对CdZnTe薄膜探测器的研究仍处于起步阶段。CdZnTe薄膜可由化学方法制备，也可通过物理气相沉积得到。在这些薄膜制备方法中，近空间升华法是最有前途的一种方法，这种方法成本低、速度快、质量好，适用于大面积沉积薄膜。目前，近空间升华法已用于CdTe薄膜的制备，但在CdZnTe薄膜的制备上较少。

采用近空间升华法制备的CdZnTe薄膜是多晶薄膜，薄膜生长一般是无取向的杂乱无章的，相对来说，这样的薄膜较难实现高电阻、低缺陷，这对其在高性能辐射探测器上的应用造成影响。为了适应高能辐射探测器的应用，制备高质量柱状定向生长的CdZnTe薄膜可以一定程度上弥补多晶薄膜的缺陷。这种柱状结构的CdZnTe薄膜与普通CdZnTe薄膜相比，具有缺陷少、电阻率高等优点，适合制作辐射探测器。

发明内容

本发明的目的是采用近空间升华方法制备少缺陷、高电阻率的柱状结构CdZnTe薄膜，为制作高性能辐射探测器提供了新的方向。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种柱状结构高质量CdZnTe薄膜的制备方法，包括如下过程和步骤：

（a）CdZnTe单晶升华源的准备：根据已知的先有技术，将高纯Cd、Zn、Te放入石英管中，在高真空下，采用移动加热法生长出质量好、成分分布相对均匀的CdZnTe单晶体，其中锌的摩尔含量为5~20%，将生长好的晶体切片作为升华源；

（b）衬底预处理：采用镀有透明导电层FTO（SnO₂：F，掺氟的氧化锡）的玻璃或普通钠钙玻璃作为衬底，将衬底用去离子水、丙酮和乙醇分别超声清洗5～15分钟，洗去表面的杂质与有机物，烘干后放入近空间升华反应室内；

（c）CdZnTe薄膜生长过程：开机械泵抽真空，将升华腔内气压抽至3Pa以下后关闭机械泵，通入氩气将气压调至100~500Pa，关闭气瓶；将升华源及衬底分别加热到500~650℃和400~550℃；生长30min~180min后，再通入氩气将气压调至500~1000Pa，继续生长30min~60min后，关闭加热源，开机械泵抽真空至气压为10Pa以下，关机械泵，待样品冷却至室温，取出CdZnTe薄膜样品；

（d）CdZnTe薄膜抛光、腐蚀及退火：采用0.03um颗粒度氧化铝，手工抛光制备好的样品；再将样品在CdCl2氛围中300~450°C退火20~60分钟；配制浓度为0.1~0.5%的溴甲醇溶液，将退过火的样品浸入溶液腐蚀10~60s，获得柱状结构的CdZnTe薄膜。

一种柱状结构CdZnTe薄膜，采用上述的方法，薄膜的厚度为100~500mm。

同现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

(1)     近空间升华法（CSS）是一种实用性薄膜生长的工艺，已在CdTe薄膜制备上已经得到应用。近空间升华法CdZnTe薄膜制备工艺相比CdZnTe单晶生长工艺简单、成本更低、可大面积制备、批量生长可行性高。

(2)     本发明制备的柱状CdZnTe薄膜相比常规的CdZnTe薄膜，具有更少的晶界缺陷和更好的电阻率，电阻率可达6×10⁹Ω·cm。

附图说明

图1为本发明一种柱状结构CdZnTe薄膜的SEM图。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1

本实施例的制备过程和步骤如下：

（a）CdZnTe单晶升华源的准备：根据已知的先有技术，将高纯Cd、Zn、Te放入石英管中，在高真空下，采用移动加热法生长出质量好、成分分布相对均匀的CdZnTe单晶体，其中锌的摩尔含量为5%，将生长好的晶体切片作为升华源；

（b）衬底预处理：采用镀有透明导电层FTO的玻璃作为衬底，将衬底用去离子水、丙酮和乙醇分别超声清洗15分钟，洗去表面的杂质与有机物，烘干后放入近空间升华反应室内；

（c）CdZnTe薄膜生长过程：开机械泵抽真空，将升华腔内气压抽至3Pa以下后关闭机械泵，通入氩气将气压调至200Pa，关闭气瓶；将升华源及衬底分别加热到650℃和500℃保持不变，生长30min后，再次通入氩气，将气压调至700Pa，生长30min后，关闭加热源，开机械泵抽真空至气压为10Pa以下，关机械泵，待样品冷却至室温，取出样品；

（d）CdZnTe薄膜抛光、腐蚀及退火：采用0.03um颗粒度氧化铝，手工抛光制备好的样品，直至表面完全平整；再将样品在CdCl₂氛围中400°C退火30min；配制浓度为0.1%的溴甲醇溶液，将退过火的样品浸入溶液腐蚀40s，获得厚度为200μm、电阻率5.9×10⁹Ω·cm的柱状结构CdZnTe薄膜。

实施例2

本实施例的制备过程和步骤如下：

（a）CdZnTe单晶升华源的准备：根据已知的先有技术，将高纯Cd、Zn、Te放入石英管中，在高真空下，采用移动加热法生长出质量好、成分分布相对均匀的CdZnTe单晶体，其中锌的摩尔含量为5%，将生长好的晶体切片作为升华源；

（b）衬底预处理：采用普通钠钙玻璃玻璃作为衬底，将衬底用去离子水、丙酮和乙醇分别超声清洗15分钟，洗去表面的杂质与有机物，烘干后放入近空间升华反应室内。

（c）CdZnTe薄膜生长过程：开机械泵抽真空，将升华腔内气压抽至3Pa以下后关闭机械泵，通入氩气将气压调至250Pa，关闭气瓶；将升华源及衬底分别加热到650℃和500℃保持不变，生长20min后，再次通入氩气，将气压调至800Pa，生长40min后，关闭加热源，开机械泵抽真空至气压为10Pa以下，关机械泵，待样品冷却至室温，取出样品；

（d）CdZnTe薄膜抛光、腐蚀及退火：采用0.03um颗粒度氧化铝，手工抛光制备好的样品，直至表面完全平整；再将样品在CdCl2氛围中400°C退火30分钟；配制浓度为0.2%的溴甲醇溶液，将退过火的样品浸入溶液腐蚀40s，获得厚度为150μm、电阻率5.7×10⁹Ω·cm的柱状结构CdZnTe薄膜。 

Claims (2)

1.一种柱状结构CdZnTe薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下过程和步骤：

（a）CdZnTe单晶升华源的准备：将高纯Cd、Zn、Te放入石英管中，在高真空下，采用移动加热法生长出质量好、成分分布相对均匀的CdZnTe单晶体，其中锌的摩尔含量为5~20%，将生长好的晶体切片作为升华源；

（b）衬底预处理：采用镀有透明导电层FTO的玻璃或普通钠钙玻璃作为衬底，将衬底用去离子水、丙酮和乙醇分别超声清洗5～15分钟，洗去表面的杂质与有机物，烘干后放入近空间升华反应室内；

（c）CdZnTe薄膜生长过程：开机械泵抽真空，将升华腔内气压抽至3Pa以下后关闭机械泵，通入氩气将气压调至100~500Pa，关闭气瓶；将升华源及衬底分别加热到500~650℃和400~550℃；生长30min~180min后，再通入氩气将气压调至500~1000Pa，继续生长30min~60min后，关闭加热源，开机械泵抽真空至气压为10Pa以下，关机械泵，待样品冷却至室温，取出CdZnTe薄膜样品；

（d）CdZnTe薄膜抛光、腐蚀及退火：采用0.03um颗粒度氧化铝，手工抛光制备好的样品；再将样品在CdCl2氛围中300~450°C退火20~60分钟；配制浓度为0.1~0.5%的溴甲醇溶液，将退过火的样品浸入溶液腐蚀10~60s，获得柱状结构的CdZnTe薄膜。

2.一种柱状结构CdZnTe薄膜，采用如权利要求1所述的方法，其特征在于，薄膜的厚度为100~500mm。

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