一种核辐射探测器用碲锌镉晶体表面的处理方法

技术领域

本发明涉及一种碲锌镉晶体表面处理方法，具体涉及一种核辐射探测器用碲锌镉晶体表面的处理方法，也即一种优化碲锌镉晶体与金属电极欧姆接触的表面处理方法。

背景技术

碲锌镉隶属于第三代化合物半导体材料，是迄今为止最具应用前景的室温核辐射半导体探测器材料之一，广泛应用于太空探测、医疗检测、安全检测、高能物理等领域。然而，其晶体表面质量的好坏对制备高性能的碲锌镉探测器具有重要影响。

碲锌镉探测器的制备工艺通常包括机械抛光、化学腐蚀、化学钝化、电极制备和器件封装等五个环节，只有经过这五个环节的处理后，晶片才能实现高能射线的探测。在经过机械抛光后，晶体表面虽具一定的光滑度但通常会存在应力集中、电活性缺陷、杂质以及肉眼不可见的微划痕等构成的损伤层。常使用化学腐蚀来去除机械抛光所带来的不利影响。

目前大多数采用的化学腐蚀工艺是使用一定浓度的Br-MeOH溶液对晶片进行腐蚀若干分钟，其作用是去除表面的氧化层及表面损伤层，使表面变得光滑平整。但是由于Br-MeOH具强氧化性，使碲锌镉表面富含Te具有高活性，这会导致沉积电极加高偏压后产生较大的漏电流，从而增加本底噪声并导致能量分辨率变差。此外，富含Te的高活性层也极易被氧化及吸附各种杂质，从而对探测器性能产生不利影响，并且难以得到有效控制。

为了解决化学腐蚀带来的不利影响，工艺上常采用化学钝化的方式。化学钝化通常分为干法钝化和湿法钝化，其机理是通过化学或物理的方法降低材料表面层化学或电学性质的活性，使材料表面与外界环境不发生电学或化学反应，形成高阻钝化层。因此通过钝化处理，能够有效去除晶体表面Te层的影响，同时降低晶体表面的漏电流。但是传统的湿法钝化仅使在晶体表面形成单层的氧化层，并不能有效地去除Cd层的影响，从而无法得到良好的欧姆接触。因此，对于碲锌镉晶体来说，传统的钝化处理虽然能解决化学腐蚀所带来的不利影响，但是对于优化晶体与金属电极间的欧姆接触，并不能起到很好的效果。

Pekarek J等研究了不同类型的表面刻蚀和钝化对CdTe/碲锌镉探测器的漏电流的影响，结果表明在氢氧化钾或氟化铵(NH

因此，如何提供一种优化碲锌镉晶体与金属电极欧姆接触的表面处理方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，为解决该问题，本发明提供了一种核辐射探测器用碲锌镉晶体表面的处理方法，具体公开一种优化碲锌镉晶体与金属电极欧姆接触的表面处理方法，旨在解决现有技术中漏电流偏高及欧姆接触差的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种优化碲锌镉晶体与金属电极欧姆接触的表面处理方法，具体包括以下步骤：

1)化学腐蚀：将晶片放置在特制的腐蚀专用装置中，再将其放置在配置好的腐蚀液中均匀晃动；将完成腐蚀后的碲锌镉晶片进行超声清洗，目的是去除晶片表面残留Br

2)化学钝化：待化学腐蚀处理后，先采用K

3)电极制备：待化学钝化处理后，在经步骤2)化学钝化处理的碲锌镉晶片表面覆盖一层中间方形的镂空掩膜版，然后将晶片放置于小型离子溅射仪中，待抽真空后，在晶片的阳极面与阴极面上溅射一层金属电极。

优选的，步骤1)中，所述腐蚀液采用浓度为2～5％的Br

优选的，步骤2)中，化学钝化采用两步湿法钝化的方法，是以K

且，所述K

进一步地，所述K

所述NH

需要说明的是，所述钝化方法采用两步湿法钝化法，即采用K

优选的，步骤3)所述的电极制备方法采用两面镀金属电极，且电极材料选择Au材料。

相比于现存在的技术，本发明具备以下显著优点：

本发明采用两步湿法钝化法：此方法是在碲锌镉晶片经过溴甲醇腐蚀之后，依次用K

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是实施例1的碲锌镉平面型探测器腐蚀前后的金相测试图。

图2是实施例1的碲锌镉平面型探测器钝化前后的电流-电压(I-V)对比图。

图3是实施例1的碲锌镉平面型探测器一次钝化与二次钝化的电流-电压(I-V)对比图。

图4是实施例2的碲锌镉平面型探测器腐蚀前后的金相测试图。

图5是实施例2的碲锌镉平面型探测器钝化前后的电流-电压(I-V)对比图。

图6是实施例2的碲锌镉平面型探测器一次钝化与二次钝化的电流-电压(I-V)对比图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本申请实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本申请中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本申请公开的内容。

除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本申请中其它未特别注明的试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常采用的实验方法和技术手段。

为了更好的说明本申请内容，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备等未作详细描述，以便凸显本申请的主旨。

在不冲突的前提下，本申请实施例公开的技术特征可以任意组合，得到的技术方案属于本申请实施例公开的内容。

本发明公开了一种核辐射探测器用碲锌镉晶体表面的处理方法，也即一种优化碲锌镉晶体与金属电极欧姆接触的表面处理方法。

为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。

实施例1

1)化学腐蚀：待机械抛光的晶片清洗干燥后，将晶片放置在特制的腐蚀专用装置中，再将其放置在配置好的浓度为2％的Br

2)化学钝化：在化学腐蚀处理后，先采用浓度为5％的K

3)电极制备：将化学钝化后的碲锌镉晶片清洗干燥后，在其表面覆盖一层中间方形的镂空掩膜版，然后将晶片放置于小型离子溅射仪中，待抽真空后，在晶片的阳极面与阴极面上溅射一层Au金属电极。

4)性能测试：采用金相显微镜(MR500)、AgilentB1500A半导体器件分析仪分别进行表面形貌及材料I-V曲线的测试。

从图1和图2中可以看到，晶体表面经腐蚀后变得光滑平整，同时所测得I-V曲线较未处理前具有良好的线性，经拟合欧姆系数为1.012。

图3表明本发明处理方法较于单一的湿法钝化更具欧姆线性，同时漏电流相对于单一的湿法钝化而言也较小。

实施例2

1)化学腐蚀：待机械抛光的晶片清洗干燥后，将晶片放置在特制的腐蚀专用装置中，再将其放置在配置好的浓度为2％的Br

2)化学钝化：在化学腐蚀处理后，先采用浓度为1％的K

3)电极制备：将化学钝化后的碲锌镉晶片清洗干燥后，在其表面覆盖一层中间方形的镂空掩膜版，然后将晶片放置于小型离子溅射仪中，待抽真空后，在晶片的阳极面与阴极面上溅射一层Au金属电极。

4)性能测试：采用金相显微镜(MR500)、AgilentB1500A半导体器件分析仪分别进行表面形貌及材料I-V曲线的测试。

从图4和图5中可以看到，晶体表面经腐蚀后变得光滑平整，同时所测得I-V曲线较未处理前具有良好的线性，经拟合欧姆系数为1.033。

图6表明本发明处理方法较于单一的湿法钝化更具欧姆线性，同时漏电流相对于单一的湿法钝化而言也较小。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。