[发明专利]基于高阻ZnO单晶的光电导型X射线探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体核辐射探测器件领域，具体涉及一种基于高阻ZnO单晶的光电导型X射线探测器及其制备方法。

背景技术

随着核技术在能源、核安全、医疗以及航天等应用领域的不断发展，传统气体探测器、固态闪烁体探测器以及窄禁带半导体结型探测器在材料和器件技术两方面面临提高灵敏度和寿命、可实现室温及更宽工作温区、减小体积以及降低成本等诸多挑战，该领域迫切需求能够满足特定要求的新型辐射探测材料和器件的探索研究及应用开发。美国Oak Ridge国家实验室、Lawrence Livermore国家实验室以及Pacific Northwest国家实验室和相关大学机构正在积极开展各种新型宽禁带半导体探测方法以代替传统器件技术。国内近年来先进固态核辐射探测技术相关基础研究报道也逐渐增加，新型半导体核探测材料和器件实现技术开始受到了较多关注。

和传统的Si-PIN、高纯Ge以及CdZnTe探测器相比，由于具有更宽的带隙、更强的抗辐照特性以及更高的击穿电场强度等显著特性，金刚石、SiC、GaN等宽带隙半导体材料及其辐射探测器件逐渐受到辐射探测领域的关注。国际上人工金刚石辐射探测器件主要基于近年来人工自支撑金刚石薄膜技术进步，国内西北核技术研究所、清华大学、上海大学等单位近年来也开展了薄膜型金刚石探测器的有益探索。但是核辐射探测器级金刚石人工晶体制备的成本十分昂贵，这在很大程度上限制了金刚石探测器在更广泛领域的应用发展。事实上，SiC、GaN也存在类似的问题，宽禁带半导体辐射探测器应用研究目前面临着探测器级晶体材料生长及其结构特性等应用基础研究问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于高阻ZnO单晶的光电导型X射线探测器及其制备方法，该探测器件耐高压性强，同时具有低噪声的特性，并且成本低。

为达到上述目的，本发明所述的基于高阻ZnO单晶的光电导型X射线探测器包括ZnO单晶基片，ZnO单晶基片的上表面镀有上电极及环形结构的保护环，上电极位于保护环的中部，保护环与上电极之间有均匀间隙，ZnO单晶基片的下表面镀有下电极，上电极及保护环自上到下依次均包括第一Al膜层及第一AZO膜层，下电极自上到下依次包括第二AZO膜层及第二Al膜层。

所述间隙的宽度为150μm。

所述第一AZO膜层的厚度与第二AZO膜层的厚度均为30nm；

所述第一Al膜层的厚度与第二Al膜层的厚度均为100nm。

相应的，本发明还提供了一种基于高阻ZnO单晶的光电导型X射线探测器的制备方法，包括以下步骤：

1)将ZnO单晶基片放置到烧杯中，在超声环境中依次放置到丙酮、乙醇和去离子水中各10min，然后通过氮气吹干；

2)将步骤1)得到的ZnO单晶基片进行热处理，然后在ZnO单晶基片(1)的上表面进行旋转涂胶、曝光及显影后，在ZnO单晶基片的上表面采用溅射的方法依次镀第一AZO膜层及第一Al膜层，得样品，其中热处理过程中的温度为1000～1200℃；

3)将步骤2)得到的样品进行去胶处理，然后通过溅射的方法在ZnO单晶基片的下表面依次镀第二AZO膜层及第二Al膜层，得基于高阻ZnO单晶的光电导型X射线探测器。

步骤2)中对ZnO单晶基片进行热处理的过程为：将ZnO单晶基片放置到高温炉中，加热至1000～1200℃，同时往高温炉中通入流量40sccm的氩气及流量为10sccm的氧气，使高温炉内的气压为900～1100Pa，并保持60min；

步骤2)中在ZnO单晶基片的上表面进行旋转涂胶的处理过程为：采用甩胶机将型号为KMPC 5315的正性光刻胶涂抹在ZnO单晶基片的上表面，其中甩胶机在甩胶的过程中先以转速为900～1100rpm甩胶15s，然后以转速为2500～3500rpm甩胶50s；

步骤2)中在ZnO单晶基片的上表面进行曝光及显影的处理过程为：将旋转涂胶处理后的ZnO单晶基片放置到紫外光下50～100s，然后采用型号为KMP PD238-II的正胶显影液显影40～50s。

步骤2)中采用溅射的方法在ZnO单晶基片上表面镀第一AZO膜层的具体操作过程为：将ZnO单晶基片放置到真空度大于3.0×10^-4Pa的环境中，然后通入流量为10sccm的Ar气体，再用AZO陶瓷靶材溅射15min，溅射的气压为0.9～1.0Pa，溅射功率为50W。