[发明专利]超声波作用下碘化汞薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波作用下碘化汞薄膜的制备方法，主要是在超声波作用下的真空蒸发物理气相沉积生长薄膜的方法。它特别是一种x射线、γ射线探测器用的碘化汞多晶半导体薄膜的制备方法，属半导体薄膜制备工艺技术领域。

背景技术

碘化汞为半导体化合物是目前制作室温半导体核辐射探测器的优良材料。由于碘化汞单晶体生长制备的成本较高，而且不容易获得大面积的单晶体；故目前国际上研究的热点是对碘化汞薄膜的生长工艺。碘化汞薄膜的生长制备方法有以下几种：(1)溶液法：该法主要是在不同溶剂的碘化汞饱和溶液中沉积碘化汞薄膜；(2)粘结剂法：该法是用粘结剂与碘化汞粉末混合后粘结在衬底上，然后除去粘结剂；(3)物理气相沉积法：在真空状态下，受热后碘化汞分子离开其表面，沉积在基片上。目前较为普遍的方法是物理气相沉积法。

由于碘化汞的相变温度为127℃，因此薄膜的生长温度不能超过该温度。在物理气相沉积过程中，薄膜的生长温度过高，虽然能获得较大的生长速率但是也会导致薄膜和衬底的应力过大，结合力降低；生长温度过低，又会影响薄膜的生长速率和质量。因此，为了获得薄膜和衬底之间较好的结合，降低它们之间的应力，必须降低生长的温度，这就会影响薄膜沉积的速度和质量。在相对较低温度下，如何提高薄膜的沉积速率和制得柱状晶粒的薄膜，成为了薄膜制备的关键。

一般，物理气相沉积法是用玻璃安瓿作为生长沉积腔体。其方法是：将源料即气化沉积物质及玻璃衬底基片放入玻璃安瓿后，对安瓿抽真空，当达到真空度要求后，用氢氧焰对安瓿进行融化封闭，在安瓿内使气化物质受热蒸发形成气相分子沉积于衬底基片上，最终形成薄膜。这种传统方法所采用的温度较高，而且薄膜制备过程操作较麻烦，涉及氢氧焰的使用不安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种在相对较低温度下，结合超声波的作用，用真空蒸发物理气相沉积方法制备探测器用碘化汞多晶半导体薄膜的方法。

本发明一种超声波作用下碘化汞薄膜的制备方法，它主要是在超声波作用下的真空蒸发物理气相沉积生长薄膜的方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.先将特殊设计的专用装置薄膜生长管体、真空活塞盖、衬底基片用丙酮浸泡，超声清洗；再用酒精浸泡，超声清洗；然后再用去离子水反复冲洗数次；最后烘干备用；

b.将碘化汞原料放于上述薄膜生长管体的下部的蒸发管腔体部分的底部；并将衬底基片放置于所述薄膜生长管体的上部真空室部分与下部蒸发管腔体部分的中间接合处，也即放置于下部蒸发管腔体部分的上端开口处；随后通过薄膜生长管体顶部设置的真空活塞盖一侧的抽气口用真空抽气系统的抽气装置进行抽真空，使真空室保持真空状态，初始的真空度要求达到1.5～3.0×10^-3Pa；所述衬底基片与碘化汞原料间的距离约为12cm；

c.然后将上述的薄膜生长管体放入一设有超声波发生装置的水浴加热容器内，水浴温度为70～90℃；超声波发生装置的超声频率为40或59KHZ，超声功率为100％；

在薄膜沉积过程中，其真空度始终维持在1.5～6.0×10^-3Pa；在上述条件下进行真空蒸发气相沉积过程，最终在所述的衬底基片上制得柱状晶粒的碘化汞多晶半导体薄膜。

所述的基片是导电玻璃、非晶硅薄膜玻璃、或半导体材料。

本发明一种超声波作用下碘化汞薄膜的制备方法的专用装置，包括有一薄膜生长管体、水浴加热装置、真空抽气系统；其特征在于所述的薄膜生长管体由下部的蒸发管腔体部分和上部的真空室部分组成；在薄膜生长管体的顶部，也即真空室的上部设置有一真空活塞盖，并在其侧部接有抽气管作为抽气口；碘化汞原料放于薄膜生长管体的下部蒸发管腔体部分的底部；在薄膜生长管体的上部真空室部分与下部的蒸发管腔体部分的中间接合处，也即在下部蒸发管腔体部分的上端开口处放置有一供气相沉积生长用的衬底基片；薄膜生长管体下部的蒸发管腔体部分放置在一设有超声波发生装置的水浴加热容器内，超声波发生装置的超声频率为40或59KHZ；真空室的真空度为1.5～6.0×10^-3Pa；衬底基片与水溶液面间的距离约为2cm；衬底基片与碘化汞原料间的距离约为12cm。