[发明专利]叉指电极结构的碲锌镉脉冲探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种叉指电极结构的碲锌镉脉冲探测器及其制备方法，用于解决现有双平面型电极结构的碲锌镉脉冲探测器响应速度慢的技术问题。技术方案是碲锌镉脉冲探测器以碲锌镉晶片作为基底，金电极是单表面叉指结构，两者形成欧姆接触。碲锌镉脉冲探测器的制备方法，首先对碲锌镉晶片表面进行预处理，通过光刻刻蚀手段制备出符合要求的电极结构掩膜版，然后蒸镀金电极，最后通过氧离子刻蚀完成探测器的钝化，减小漏电流。本发明采用叉指电极结构代替传统的平面型电极结构，叉指电极结构的碲锌镉脉冲探测器内部载流子输运路径为横向输运，内部电场强度更大，载流子运动产生的电信号强度更强，同时载流子的输运距离便于调控，探测器的响应速度更快。

技术领域

本发明涉及一种叉指电极结构的碲锌镉脉冲探测器，还涉及这种叉指电极结构的碲锌镉脉冲探测器的制备方法。

背景技术

碲锌镉是一种新型室温化合物半导体探测器，具有较宽的禁带宽度、较高的电阻率以及较高的平均原子序数等有优点。以碲锌镉为核心构筑的电流型探测器可以实现在室温下操作，且高电压下暗电流较低以及机械强度较好，在脉冲辐射场测量方面具有广阔的应用前景。

文献“陈翔,韩和同,梁美波,et al.CdZnTe探测器脉冲X射线辐射响应线性研究[J].现代应用物理,2016,7(1):1-6.”公开了一种双平面型碲锌镉脉冲探测器的时间响应曲线。该电极结构探测器在脉冲X射线作用下的响应曲线半高宽为50ns，响应速度较慢。整体曲线呈现指数衰减，下降时间约为100ns，出现了较为严重的拖尾现象。

已公开的传统的碲锌镉脉冲探测器采用双平面型电极结构，由于碲锌镉晶体内部的缺陷以及空穴迁移率比电子小一个数量级的性质，双平面型电极结构的探测器的响应速度较慢且脉冲电流信号曲线的拖尾现象较为严重，有待进一步改善。

发明内容

为了克服现有双平面型电极结构的碲锌镉脉冲探测器响应速度慢的不足，本发明提供一种叉指电极结构的碲锌镉脉冲探测器及其制备方法。碲锌镉脉冲探测器以碲锌镉晶片作为基底，金电极是单表面叉指结构，两者形成欧姆接触。碲锌镉脉冲探测器的制备方法，首先对碲锌镉晶片表面进行预处理，通过光刻刻蚀手段制备出符合要求的电极结构掩膜版，进一步蒸镀金电极，最后通过氧离子刻蚀完成探测器的钝化，减小漏电流。本发明采用叉指电极结构代替传统的平面型电极结构，叉指电极结构的碲锌镉脉冲探测器内部载流子输运路径为横向输运，内部电场强度更大，载流子运动产生的电信号强度更强，同时载流子的输运距离便于调控，探测器的响应速度更快。经测试，响应时间半高宽由背景技术的50ns提高到8ns，同时改善了脉冲电流信号的拖尾现象，其下降时间从传统的100ns减小到了17ns，信号波形更接近于高斯峰形。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种叉指电极结构的碲锌镉脉冲探测器，其特点是：以碲锌镉晶片作为基底，金电极是单表面叉指结构，两者形成欧姆接触。

一种上述叉指电极结构的碲锌镉脉冲探测器的制备方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、采用布里奇曼法生长碲锌镉晶体，使用金刚石线切割机切出尺寸为8×8×2mm³～10×10×2mm³的晶片，利用红外显微成像系统和IV测试系统筛选出电阻率大于10^-9Ω·cm的碲锌镉晶片。

步骤二、按照体积比为氧化镁:去离子水＝2:1配制悬浊液作为粗抛液，按照体积比为硅溶胶:过氧化氢＝1:1配制体积分数40～60％的细抛液，化学腐蚀液为体积分数为1～3％的溴甲醇溶液。将筛选出碲锌镉晶片先在粗抛液粗抛5～10分钟，无肉眼可见划痕；再在细抛液中细抛300～600次，显微镜下无划痕；最后在化学腐蚀法腐蚀25～35s除去机械损伤层。

步骤三、采用旋涂法在经过处理的碲锌镉晶片表面依次覆盖一层剥离胶和光刻胶，在紫外光机下曝光50～70s后，显影10～15s，得到叉指电极结构掩膜版。