[发明专利]一种电容弗里希栅CdZnTe探测器的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及核辐射探测器技术领域，特别涉及一种CdZnTe探测器的制备工艺。

背景技术

与硅(Si)、锗(Ge)相比，碲锌镉(CdZnTe)探测器具有高原子序数、高密度、高电阻率和宽的禁带宽度的优点，因此可在室温下工作、探测效率高、漏电流小，噪声低。对于宇宙中的高能辐射(0.5-10MeV)，CdZnTe探测器具有更强的抗辐射性能和更好的适应性，因此化合物半导体CdZnTe探测器更适合由卫星搭载的空间飞行，为空间物理和天体物理研究中“空间X、γ射线探测”这一领域提供能谱性能好、空间分辨率和角分辨率高的星载探测器和谱仪。

CdZnTe探测器也具有以下缺点：CdZnTe单晶的杂质和缺陷形成电子和空穴的陷获中心，另外由于CdZnTe的物理特性——空穴的迁移率和寿命比电子的小一个数量级，造成电荷收集和传输过程中空穴的陷获比电子更严重，这两点导致CdZnTe探测器对电子和空穴收集不完全，存在有较严重的空穴陷获所造成的拖尾效应，同时也造成在收集极(阳极)上的感生电荷的多少与探测器的厚度、电子漂移长度、空穴漂移长度有关，即与χ，γ射线在CdZnTe探测器内被吸收衰减的位置有关，影响对χ，γ射线能量分析的能量分辨，使能谱峰值幅度降低，低能侧抬高并展宽。平面电极结构的CdZnTe探测器已经满足不了对高能量分辨的要求，因此为解决这些问题，在CdZnTe平面电极结构的基础上衍生出多种电极结构，如共平栅电极结构、CapturePlus电极结构、半球型电极结构和电容弗里希栅电极结构。发明人根据单电荷载流子收集原理以及电极的几何形状决定了电极之间感应电荷的重新分布的原理，通过改变电极结构从而改变权重势场，构成只收集电子的单电荷载流子探测器而忽略空穴产生的信号，这样测量的电荷便与位置无关。这些单极性电极结构中电容弗里希栅探测器的制备工艺能较大提高探测器的能量分辨，且最为简单，也更易实现。

目前，关于电容弗里希栅结构的探测器制备方法有许多种，例如，2008年的《半导体技术》第33卷第11期中“室温CdZnTe核辐射探测器研究进展”一文中简要公开了CZT探测器的制备方法，该方法(1)未给出钝化液的配比浓度，(2)溅射法制备电极会在晶体表面产生损伤。2008年的《核电子学与探测技术》第28卷第4期中“CdZnTe核辐射探测器的制备“一文中只公开了常规的工艺流程，详细的工艺步骤未报道。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种工艺简单、实用，制备出的CdZnTe探测器的分辨率高的电容弗里希栅CdZnTe探测器的制备工艺。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下方案实现的：

一种电容弗里希栅CdZnTe探测器的制备工艺，包括(1)CdZnTe晶体的表面处理、(2)化学腐蚀、(3)电极制备、(4)表面钝化、(5)清洗、(6)封装等工艺步骤，其中：

(1)表面处理：采用不同型号的金刚砂多次研磨抛光CdZnTe晶体，将研磨好的CdZnTe晶体用丙酮去油超声清洗、去离子水超声清洗、烘干待用；

(2)化学腐蚀：将阳极面的阳极区域覆盖一层保护膜，将覆盖有保护膜的CdZnTe晶体置于溴甲醇溶液中化学腐蚀，腐蚀后的样品用甲醇淬灭，然后清洗掉保护膜、清洗CdZnTe晶体；

(3)电极制备：在CdZnTe晶体阳极覆盖保护膜的区域和阴极用真空镀膜法镀Au，使阳极面积小于阴极面积；

(4)表面钝化：将经过步骤(3)后的CdZnTe晶体置于氟化铵(NH₄F)、去离子水和双氧水的混合溶液中浸泡，其中混合溶液中的氟化铵(NH₄F)、去离子水和双氧水的比例为2.68g∶17ml∶8ml；

(5)清洗：钝化后用去离子水超声清洗、甲醇脱水、烘干；

(6)封装：采用绝缘膜和铜膜围绕在晶体侧面构成电容栅，引出探测器电极。

本发明还可以：

在所述的步骤(5)后置于烘箱中恒温老化。所述的步骤(4)表面钝化5～30分钟。所述的步骤(2)在溴甲醇溶液中化学腐蚀1～10分钟。所述的步骤(2)中的溴甲醇溶液中溴含量为2％～5％。在步骤(1)之前用热、冷的去离子水清洗所有用具。在所述步骤(2)的化学腐蚀过程中采用恒温、匀速的转动CdZnTe晶体。所述的保护膜为黑蜡。所述步骤(4)中的去离子水的电阻值≥2MΩ。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：