[发明专利]具有复合衬底结构的CZT薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有复合衬底结构的CZT薄膜材料及其制备方法，所述碲锌镉薄膜采用基片‑复合衬底‑半导体的三明治结构的组合形式。所述复合衬底结构是由氧化锌基薄膜层与金属催化层进行层叠组装结合的结构。本发明在传统碲锌镉薄膜生长过程中采用复合衬底结构。与传统生长方式相比，本发明所采用的复合衬底结构技术，得到的薄膜生长速度更快，薄膜晶粒尺寸更大，薄膜晶体质量更高，薄膜表面形貌可调控。本发明制备的薄膜材料对于能源、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能源获取、安全监控、辐射防护方面具有重要意义和应用前景。

技术领域

本发明涉及一种碲锌镉材料及其制备方法，特别是一种CZT薄膜材料及及调控碲锌镉薄膜生长的制备方法，属于无机非金属材料制造工艺技术领域。

背景技术

碲锌镉(CdZnTe)以下简称CZT，是一种重要的化合物半导体材料，由于其可调谐的直接带隙(约1.5eV-2.3eV)、高原子序数、高量子效率、良好的电荷输运特性以及高迁移率寿命乘积(μτ)等特性，使其在高能辐射探测器、太阳能电池、光解水制氢等领域具有广泛的应用前景，其制备及应用研究已成为国内外相关领域的热点。

现有的CZT器件往往都局限于使用CZT单晶材料。但CZT固有的物性使得目前大尺寸、高质量的CZT单晶材料难以制备，且CZT单晶材料价格高昂，这些困难严重影响了CZT光电器件尤其是大尺寸器件的应用。针对这一困境，大面积、高性能的薄膜制备技术成为了人们关注的焦点。但由于CZT薄膜材料的制备工艺限制，CZT薄膜一般都是多晶薄膜，具有一般多晶材料固有的缺陷，其结晶质量弱于单晶。CZT薄膜的质量已成为目前制约CZT厚膜器件应用的重要因素。因此，如何想方设法实现高质量CZT薄膜是该领域研究的关键和热点。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有复合衬底结构的CZT薄膜材料及其制备方法，在CZT薄膜材料与衬底之间，采用磁控溅射法与电子束蒸发法制备氧化锌基薄膜与金属催化层构成的复合衬底，从而为实现一种基于复合衬底结构的高质量CZT薄膜材料的制备提供了有效方法。本发明制备的薄膜材料对于能源、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能源获取、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：

一种具有复合衬底结构的CZT薄膜材料，采用基片-复合衬底-半导体的三明治结构的组合形式，所述复合衬底是由氧化锌基薄膜层与金属催化层进行层叠组装结合的结构；采用磁控溅射沉积方法，在基片上生长氧化锌基薄膜层，然后采用真空蒸发或电子束蒸发沉积方法，在氧化锌基薄膜层上生长金属催化层，获得复合衬底结构；然后采用近空间升华方法，在复合衬底结构上继续制备CZT薄膜，从而得到具有复合衬底结构的CZT薄膜。

优选制备所述氧化锌基薄膜的氧化锌基陶瓷靶材掺有氧化镓(Ga2O3)、氧化硼(B2O3)中的一种或多种，掺杂比例为0.1～20wt.％，材料纯度为99～99.99999wt.％。

优选所述氧化锌基薄膜的厚度为1～500nm。进一步优选上述氧化锌基薄膜的厚度为150～250nm。

优选制备所诉金属催化层所用生长原材料为金、铂或钯中的任意一种金属或几种，按照金属所含杂质浓度比例作为金属纯度的计算方法，金属纯度为99～99.99999wt.％。

优选所述金属催化层的厚度为1～50nm。进一步优选上述金属催化层的厚度为1～20nm。

优选多晶CZT材料作为CZT薄膜制备的生长原料，以原料所含杂质浓度比例作为金属纯度的计算方法，材料纯度为99～99.99999wt.％。进一步优选材料纯度为99.99～99.9999wt.％。

一种具有复合衬底结构的CZT薄膜材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)复合衬底结构的制备：