[发明专利]具有复合钝化层的CZT膜复合材料、核辐射探测器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有复合钝化层的CZT膜复合材料、核辐射探测器件及其制备方法，属半导体探测材料制造技术领域。本方法是先通过近空升华法在导电玻璃衬底上沉积碲锌镉膜，在进行抛光和腐蚀之后，再在碲锌镉膜上通过磁控溅射方法依此沉积碲化镉、硫化锌的复合钝化层。之后在N₂氛围下进行退火。经过光刻和干法刻蚀后，使用电子束蒸发方法继续在膜上上沉积金电极。钝化层的存在使得抛光、腐蚀后的碲锌镉膜表面受到良好的保护，碲锌镉膜表面漏电流减小，从而改善碲锌镉探测器的性能，本发明制备的薄膜材料对于公共安全、军事、核工业、核医学、科学研究以及航空航天等领域安全监控、辐射防护方面具有重要意义和应用前景。

技术领域

本发明涉及一种碲锌镉材料、器件及其制备方法，特别是一种碲锌镉膜及其制备方法，还涉及一种快速制备碲锌镉材料制备方法，属于无机非金属材料制造工艺技术领域。

背景技术

碲锌镉(CdZnTe)以下简称CZT，是一种重要的化合物半导体材料，由于其具有较高的平均原子序数，可以用来探测高能粒子射线，例如γ射线和X射线等。与常见的硅(Si)、锗(Ge)等半导体材料相比，CZT具有更高的本征电阻率、以及较大的禁带宽度，是制备辐射探测器的良好化合物半导体材料。这些优点使CZT基探测器具有器件尺寸小、能量分辨率高、室温下的暗电流较小的特点。基于CZT的辐射探测器具有广泛的应用领域，在基础科学、安全检测、空间研究、医疗诊断以及工业探伤等领域提供了新的探测技术途径。

随着大面积平板成像探测器等技术的发展，对CZT材料提出了更高的要求。但由于制备成本高、生长周期长且制备高质量、大面积的CZT单晶困难等问题，CZT单晶受到工艺和成本的限制，难以满足大面积探测器的需求，研究者们的焦点转向了多晶CZT膜。多晶CZT膜具有CZT单晶的优越性质，且制备工艺简单、易于大面积制备，逐渐成为了研究应用热点。

CZT探测器性能优劣的重要判断参数是其噪声的大小，而影响噪声的主要原因之一是漏电流。漏电流能够在很大程度上对器件的灵敏度及能量分辨率等性能产生影响，减小漏电流可以全面改善器件的性能，如增强探测效率、减小噪声及增大分辨率等。因此，如何将漏电流减小到最低，直接关系到能否得到高质量的探测器。而漏电流通常与CZT的表面质量有关，如表面粗糙度、材料电导率等，如何优化CZT的表面参数，增强器件的工作性能，成为亟待解决的技术问题。

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，提供一种具有复合钝化层的CZT膜复合材料、核辐射探测器件及其制备方法，采用射频磁控溅射法制备碲化镉和硫化锌复合钝化层，从而为实现一种具备复合钝化层的高质量CZT膜材料的制备提供了有效方法。本发明通过物理钝化在CZT膜表面沉积高阻钝化层，进而有效减小样品的表面漏电流，增强器件的工作性能，所制备的膜材料对于公共安全、军事、核工业、核医学、科学研究以及航空航天等领域安全监控、辐射防护方面具有重要意义和应用前景。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有复合钝化层的碲锌镉膜复合材料，采用衬底-半导体-复合钝化层的三明治结构的组合形式的复合CZT膜的结构，依次由衬底、CZT膜、复合钝化层三部分进行层叠沉积而成；选取纯度不低于99％的高纯CZT多晶材料作为近空间升华的原料，采用近空间升华方法在衬底上制备CZT膜，然后将CZT膜经抛光和腐蚀后，采用射频磁控溅射沉积方法在CZT膜上继续生长碲化镉和硫化锌复合钝化层，得到具有复合钝化层的碲锌镉膜复合材料。

优选地，制备所述复合钝化层的陶瓷靶材纯度不低于99.99％。进一步优选制备上述复合钝化层的陶瓷靶材为纯度99.99％的CdTe靶材和ZnS靶材。

优选地，选取纯度为99～99.99999％的高纯CZT多晶材料作为近空间升华的原料。

优选地，衬底采用无机材料基底或半导体材料基底。衬底进一步优选采用Si、GaAs、SiO₂或导电玻璃。