[发明专利]基于高阻ZnO薄膜的光电导型X射线探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体核辐射X射线探测器件领域，涉及一种基于高阻ZnO薄膜的光电导型X射线探测器及其制备方法。

背景技术

随着X射线检测在核能源、核安全、医疗成像以及航天等应用领域的不断发展，对于高灵敏度、低噪声以及低成本的探测器技术提出了迫切需求。基于窄带隙半导体的Si、Ge器件以及中等带隙的CdTe和CdZnTe等探测器已经获得实用化，但是对于宽温区工作、耐辐照强度以及低成本化仍然面临挑战。美国OakRidge国家实验室、LawrenceLivermore国家实验室以及PacificNorthwest国家实验室和加拿大萨省大学等机构正在积极开展各种新型宽带隙半导体探测方法以代替传统窄带隙器件技术。国内近年来关于先进固态核辐射探测技术相关基础研究报道也逐渐增加，新型半导体核探测材料和器件实现技术开始受到了较多关注。

和传统的Si-PiN、高纯Ge以及CdZnTe探测器相比，由于具有更宽的带隙、更强的抗辐照特性以及更高的击穿电场强度等显著特性，金刚石、SiC、GaN、ZnO等宽带隙半导体材料及其辐射探测器件逐渐受到辐射探测领域的关注。ZnO半导体因其宽带隙、耐辐照以及低成本人工晶体等显著特性，在半导体辐射探测器件技术中具有潜在应用前景。尤其是相比于金刚石、SiC、GaN等其它宽带隙半导体，ZnO单晶和薄膜晶体的低成本制备方法具有无可比拟的优势，但现有技术中没有提供一种探测器同时具有低噪声、高灵敏度、快速响应及低成本的特性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于高阻ZnO薄膜的光电导型X射线探测器及其制备方法，该探测器具有低噪声、高灵敏度、快速响应特性，制备成本较低。

为达到上述目的，本发明所述的基于高阻ZnO薄膜的光电导型X射线探测器包括壳体、两条引线、以及设于壳体内且自上到下依次设置的电极层、ZnO膜层及衬底基片，所述电极层由若干等间距分布的Al膜组成，其中一个引线与一部分Al膜相连接，另一个引线与另一部分Al膜相连接，与且两个引线连接的Al膜交错分布。

ZnO膜层的厚度大于等于1μm，ZnO膜层的电阻率大于等于1×10⁸Ω·cm。

衬底基片为玻璃基片、石英基片或带SiO₂的Si基片。

相邻两个Al膜之间的间距为50um；

本发明所述的基于高阻ZnO薄膜的光电导型X射线探测器的制备方法包括以下步骤：

1)将衬底基片放置到烧杯中，并在超声环境中依次放置到丙酮、无水乙醇和去离子水中，然后通过氮气吹干；

2)在经步骤1)处理后的衬底基片上采用磁控溅射方法制备ZnO膜层2；

3)在步骤2)制备的ZnO膜层上涂覆光刻胶，再进行曝光及显影，然后采用射频磁控溅射方法溅射电极层，再去胶，并使用键合机键合连接引线，得基于高阻ZnO薄膜的光电导型X射线探测器。

步骤2)的具体操作为：

将经步骤1)处理后的衬底基片放置到磁控溅射室中，其中，磁控溅射室的本底真空度小于等于3.0×10^-4Pa，再在室温条件下往磁控溅射室中通入流量为10sccm的Ar气和流量为5sccm的O₂气，然后再以ZnO陶瓷为靶材进行射频磁控溅射沉积生长，形成ZnO膜层，其中，溅射的气压为0.9-1.0Pa，溅射射频源的功率为120W，溅射时间为360min。

步骤3)的具体操作为：在ZnO膜上旋转涂覆一层负性lift-off光刻胶，再通过曝光及显影将掩膜板上的叉指电极图形转移到负性lift-off光刻胶上，再放入磁控溅射室，然后再通过射频磁控溅射方法在已经图形化的负性lift-off光刻胶上溅射电极层，其中溅射过程中，溅射温度为室温，溅射过程中往磁控溅射室中通入流量为10sccm的Ar气，磁控溅射室的气压为1.2Pa，射频功率为120W，射频时间为20min。

步骤1)中将衬底基片放置到烧杯中，并在超声环境中依次放置到丙酮、无水乙醇和去离子水中各10min。

本发明具有以下有益效果：