[发明专利]提高CdZnTe探测器性能的CdZnTe/GaAs外延膜及制备方法

说明书

本发明涉及一种提高CdZnTe探测器性能的CdZnTe/GaAs外延膜及制备方法，基于P型GaAs衬底上生长CdZnTe厚膜并在Te₂气氛中进行等温退火。将其制备成Au/CdZnTe/p‑GaAs/Au探测器，与退火之前相比，CdZnTe外延膜的电阻率明显提高，探测器对²⁴¹Am@5.49MeVα粒子响应更加灵敏，能量分辨率提高，并且在退火之后出现了对²⁴¹Am@59.5KeVγ射线的响应。本发明提供的改性方法包括衬底的预处理、CdZnTe外延膜的生长过程、CdZnTe外延膜的退火过程及辐射探测器的制备。

技术领域

本发明属于CdZnTe探测器技术领域，涉及一种提高CdZnTe探测器性能的CdZnTe/GaAs外延膜及制备方法，特别涉及碲锌镉半导体外延薄膜材料探测性能的提高方法。

背景技术

Cd_1-xZn_xTe(简称为CdZnTe或CZT)是一种具有优异光电性能的II-VI族化合物半导体，其具有较高的原子序数，较大的禁带宽度，较高的本征μτ值，较低的电子-空穴电离能等优点，被认为是理想的室温X射线和γ射线探测器材料。目前，用CZT单晶体材料制作的室温辐射探测器已经被广泛应用于核医学、工业无损检测、航空航天及天体物理等领域。

传统熔体法生长会存在的效率低、晶锭利用率低及废料不能回收利用等问题，而近空间升华法很好地解决了这一点。CSS法生长薄膜提高了生长效率，但由于外延异质结中薄膜与衬底之间存在失配，外延膜中不可避免地存在着大量的结构缺陷和电杂质，在能带中引入陷阱能级。这些能级对载流子产生复合、俘获和散射等作用过程，从而影响载流子寿命、迁移率等运输特性，最终影响CZT探测器的能量分辨率、电荷收集率等探测性能。对于室温核辐射探测器，其高性能的关键在于高质量的CZT薄膜，要求具有较高的电阻(10¹⁰Ω·cm)、较大的载流子迁移率寿命积。要获得高质量的CZT薄膜，一方面可以探索合适的生长工艺，控制在生长过程中便可获得缺陷较少的外延膜；另一方面可以对外延膜进行退火改性处理，进一步降低缺陷。

CSS法生长的CZT薄膜的主要缺陷是位错与点缺陷，位错包括界面位错与穿透位错，其破坏了晶格完整性，降低了探测器的能量分辨率和电阻率；而点缺陷的存在也会对探测器的电阻率产生很大影响，本发明将基于CSS法生长CZT薄膜，对其进行Te₂气氛退火改性，调整薄膜中的位错密度和本征点缺陷浓度，以达到改善薄膜光电性能的目的。

CSS法生长的CdZnTe外延膜由于晶格失配不可避免地存在着点缺陷和位错，其破坏了晶格完整性并降低了探测器的能量分辨率和电阻率。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种提高CdZnTe探测器性能的CdZnTe/GaAs外延膜及制备方法，通过首先在GaAs衬底上生长CdZnTe外延膜，然后在Te₂气氛中等温退火，调控外延膜中的缺陷，最终制备成Au/CdZnTe/p-GaAs/Au探测器并达到提高探测器探测性能的目的。

技术方案

一种提高CdZnTe探测器性能的CdZnTe/GaAs外延膜，其特征在于：在GaAs衬底上生长CdZnTe外延膜，然后在Te₂气氛中等温退火，得到CdZnTe/GaAs外延膜。

一种制备所述CdZnTe/GaAs外延膜的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、衬底的预处理：将GaAs衬底在室温下，分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗以去除表面的杂质及有机物；清洗完成后，将衬底在H₂SO₄:H₂O₂:H₂O＝4:1:1溶液中刻蚀20s，刻蚀完成后用去离子水冲洗，最后用氮气吹干放入近空间升华炉的上加热台；