[发明专利]一种具有高阻钝化层的碲锌镉(CZT)晶体探测器及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有高阻钝化层的碲锌镉(CZT)晶体探测器及其制备方法，所述CZT单晶的结构为高阻钝化层‑半导体‑高阻钝化层的三明治结构；在制备中，选取纯度为99.99999％的高纯Cd、Zn、Te材料作为垂直布里奇曼法生长CZT晶体的原料，获得晶体后切片、划片获得所需衬底，经抛光和腐蚀后采用射频磁控溅射沉积方法在样品上生长高阻钝化层；经过光刻和等离子体刻蚀后，使用电子束蒸发方法继续在单晶上沉积Au电极。本发明是一种有效的钝化CZT表面的方法，高阻钝化层能够较好的降低表面漏电流，增加CZT晶体表面电阻率，最终提高探测器的电学性能和后续器件制成的稳定性和寿命。

技术领域

本发明属于无机非金属材料制造工艺技术领域，涉及一种碲锌镉核辐射探测器的制备方法，具体涉及一种具有高阻钝化层的碲锌镉(CZT)晶体探测器及其制备方法，特别是一种碲锌镉钝化层的制备方法。

背景技术

碲锌镉(CdZnTe)以下简称CZT，是一种重要的化合物半导体材料，由于其具有较高的平均原子序数，可以用来探测高能粒子射线，例如γ射线和X射线等。与常见的硅(Si)、锗(Ge)等半导体材料相比，CZT具有更高的本征电阻率、以及较大的禁带宽度，是迄今为止制造室温射线和射线探测器以及等红外薄膜外延衬底最为理想的半导体材料，这种理想的室温核辐射半导体材料在很多领域都受到了关注，适用于天体物理、安全检查、生态环保、核医学和临床医学等领域，成为替代传统探测器以及闪烁体探测器的升级换代产品。其晶片的表面质量是影响探测器性能的一个关键因素。

CZT探测器性能优劣的重要判断参数是其噪声的大小，而影响噪声的主要原因之一是漏电流。漏电流能够在很大程度上对器件的灵敏度及能量分辨率等性能产生影响，减小漏电流可以全面改善器件的性能，如提高探测效率和分辨率等性能。因此，如何将漏电流减小到最低，直接关系到能否得到高质量的探测器。而漏电流通常与CZT的表面处理有关，通过物理钝化在CZT晶体表面沉积高阻钝化层，进而有效减小样品的表面漏电流，提高碲锌镉器件的电学性能。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有高阻钝化层的碲锌镉(CZT)晶体探测器及其制备方法，为一种采用射频磁控溅射法制备高阻钝化层，从而为实现一种具备低漏电流的高质量CZT探测器的制备提供了有效方法。本发明制备的晶体材料对于公共安全、军事、核工业、核医学、科学研究以及航空航天等领域安全监控、辐射防护方面具有重要意义和应用前景。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有高阻钝化层的碲锌镉CZT晶体探测器，所述CZT单晶的结构为高阻钝化层-半导体-高阻钝化层的三明治结构；在制备中，选取纯度为99.99999％的高纯Cd、Zn、Te材料作为垂直布里奇曼法生长CZT晶体的原料，获得晶体后切片、划片获得所需衬底，经抛光和腐蚀后采用射频磁控溅射沉积方法在样品上生长高阻钝化层；经过光刻和等离子体刻蚀后，使用电子束蒸发方法继续在单晶上沉积Au电极。

进一步，制备所述高阻钝化层的靶材为纯度不低于99.99％的ZnTe靶材。

进一步，衬底采用半导体材料基底。

进一步，选取纯度为99～99.99999％的高纯金作为蒸发材料。

进一步，高阻钝化层的厚度为150～200nm，或者所述衬底的厚度1.5～3mm，衬底尺寸10X10～20X20mm²。

本发明提供一种具有高阻钝化层的CZT探测器，所述CZT探测器的结构采用高阻钝化层-半导体-高阻钝化层的结构的组合形式，在CZT晶体表面高阻钝化层；选取纯度不低于99.99999％的高纯Cd，Zn，Te材料作为CZT晶体生长的原料，采用垂直布里奇曼法制备CZT晶体，经过物理切割，抛光和腐蚀后采用射频磁控溅射沉积方法在晶体上生长高阻钝化层，其中高阻钝化层的厚度为150～200nm；经过光刻和等离子体刻蚀后，使用电子束蒸发方法继续在晶体上沉积Au电极。