[发明专利]一种Au/Cr-CZT复合电极的制备方法

说明书

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Au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(6.7×10^-6/k)比较接近于CZT(7.41×10^-6/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Cd_0.9Zn_0.1Te高阻晶体，其电阻率约为10⁸～10⁹Ω·cm，导电类型为弱P型。

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^-5～10^-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。

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。

附图说明