[发明专利]掺铝AlN-CdZnTe复合结构组件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种掺Al的AlN靶材、AlN‑CdZnTe复合结构组件及其制备方法，采用掺Al的AlN靶材，调控和优化进行溅射AlN工艺条件，制备AlN薄膜和CdZnTe厚膜，本发明方法首先制备掺Al的AlN靶材，以便用于之后AlN薄膜的溅射；然后是在AlN陶瓷衬底上溅射AlN膜，使其能和衬底形成AlN复合衬底来上快速生长大面积、高质量的CdZnTe厚膜。本发明可以制备出晶格缺陷较少的高质量的CdZnTe厚膜，以便于其在红外探测器、X射线与γ射线探测器、太阳能电池以及光电调制器等领域的应用。

本发明涉及一种CdZnTe材料及其制备方法，特别是涉及一种CdZnTe复合薄膜及其制备方法，应用于薄膜制备工艺及应用、半导体探测材料制造工艺技术领域。

背景技术

CdZnTe作为一种拥有高的原子序数、大的电阻率、强的量子效率的宽带隙半导体材料，在过去十几年中X射线探测领域和γ射线探测领域吸引了越来越多科研人员的注意，同时已经被应用于室温核辐射探测领域。相比于传统的基于硅材料和锗材料的高性能光谱分析仪，基于CdZnTe材料的探测器在室温条件下展现出了极佳的探测性能。由于CdZnTe可以看成是CdTe和ZnTe所构成的连续固溶体，所以其熔点、晶格常数和禁带宽度都受所含CdTe、ZnTe的成分比例的影响而发生变化。而CdTe、ZnTe的成分比例的变化使得CdZnTe的熔点可在1092-1295℃范围内连续改变，晶格常数可在范围内连续变化，禁带宽度可在1.46-2.26eV范围内连续变化。

目前常用的几种CdZnTe(简称CZT)膜外延的衬底材料有FTO、ITO、玻璃和GaAs，FTO、ITO、玻璃价格便宜，与外延CZT膜之间的结合力较强，但抗辐射性能和高温稳定性较差，不适合在核探测或紫外探测的严苛环境下工作。GaAs热导率较低，散热能力较差，不适合制作大功率器件。AlN则具有宽的直接带隙，化学惰性高、热稳定性好、抗辐射能力强,用作生长CZT膜的过渡层有利于紫外探测器件在各种环境的使用。CZT成核过程会放出大量的结晶潜热，使得衬底表面各个部分温度分布不均，影响CZT膜的均匀性和生长质量。AlN陶瓷具有与金属铝相当的热导率，是一种极佳的电子器件散热材料，用作CZT生长的衬底时可将结晶潜热迅速释放掉来保证CZT膜的均匀性和成膜质量，减少由于温度不均产生的大量位错，提高以AlN/CZT复合结构为基的紫外探测器性能。

同时，目前较为成熟的CdZnTe膜的生长工艺主要有真空蒸发法、金属有机化学气相沉积法、电化学沉积法、近空间升华法、分子束外延及磁控溅射等。然而对于CdZnTe厚膜而言，使用磁控溅射法和分子束外延生长CdZnTe的生长速率过慢；使用金属有机化学气相沉积法的成本过高，无法满足CdZnTe厚膜在紫外探测领域应用的需求；使用电化学沉积得到的CdZnTe厚膜结晶性差，不适于制作高质量的CdZnTe厚膜；而近空间升华法具有快的沉积速度、适宜的生长温度、简单的操作等优点，能满足高质量CdZnTe厚膜的生长条件，因此近空间升华法是AlN陶瓷基上生长CdZnTe厚膜的理想方法。但在CZT膜生长中，由于Cd的高分压形成的Cd空位，降低膜的结晶性能。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种掺Al的AlN靶材、AlN-CdZnTe复合结构组件及其制备方法，采用掺Al的AlN靶材，调控和优化进行溅射AlN工艺条件，制备AlN薄膜和CdZnTe厚膜，本发明方法首先制备掺Al的AlN靶材，以便用于之后AlN薄膜的溅射；然后是在AlN陶瓷衬底上溅射AlN膜，使其能和衬底形成AlN复合衬底来上快速生长大面积、高质量的CdZnTe厚膜。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种掺Al的AlN靶材，按照Al相对于AlN的质量比不高于3％的Al掺入量，制备掺Al的AlN复合材料靶材，为进行溅射AlN工艺时提供富Al的条件。