專利名稱：一種金屬鋁誘導多晶碲鋅鎘薄膜的制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種金屬鋁誘導多晶碲鋅鎘薄膜的制備方法，屬于II -VI族化合物半導體薄膜材料領域。
背景技術(shù)：
締鋅鎘,英文名稱cadmium zinc telluride, CdZnTe,簡寫為CZT,是近年發(fā)展起來的一種性能優(yōu)異的新型室溫半導體探測器材料。由于其電阻率高、原子序數(shù)大(48 52)、量子效率高、電荷傳輸性能優(yōu)異及禁帶寬度大等物理特性非常適合制成X、Y射線探測器，可廣泛應用于天文、醫(yī)學、工業(yè)、軍事等領域。然而，由于碲鋅鎘晶體離子性強，熱導率較低，空位、孿晶等缺陷的形成能低，獲得大面積均勻碲鋅鎘單晶材料非常困難，限制了它在核醫(yī)學和醫(yī)用CT成象方面的應用。與生長大尺寸碲鋅鎘單晶相比，碲鋅鎘薄膜制備工藝相對簡 單，成本低，易實現(xiàn)批量化生產(chǎn)；熱性能好，強度高，可以實現(xiàn)高濃度摻雜；由于薄膜材料中表面和介面所占的相對比例較大，具有特殊的光、電效應；能根據(jù)器件要求制成所需的形狀和大?。豢梢灾圃齑蟪叽?、多層和多功能疊層結(jié)構(gòu)；可以制成大的片狀/板狀探測器，給電光器件的設計帶來廣闊的發(fā)展空間。碲鋅鎘薄膜的制備一直是人們關(guān)注的熱點問題，因為這直接關(guān)系到了材料的后續(xù)應用。目前已經(jīng)報道的制備方法主要有化學沉積法、金屬有機化學氣相沉積法(M0CVD)、熱壁外延法、分子束外延法、近空間升華(CSS)法、共蒸發(fā)法和磁控濺射法等。這些碲鋅鎘薄膜制備方法都面臨如下困難(I)生長過程中的Cd、Zn和Te原子的蒸氣壓及粘附系數(shù)不同，無法在保證所制備薄膜質(zhì)量的同時，能簡單并精確控制碲鋅鎘薄膜的組分；(2)因碲鋅鎘中具有濃度較低的Cd空位而顯示弱的P型電導，本征電導率較小，改善碲鋅鎘的導電性能主要通過摻雜實現(xiàn)，但由于碲鋅鎘的禁帶較寬，摻雜的自補償效應比較嚴重，難以實現(xiàn)η型摻雜；(3)由沉積生長過程所決定，薄膜內(nèi)一般存在大量的缺陷，致使器件具有較大暗電流。因此，探索合適的碲鋅鎘多晶薄膜制備方法，獲得電學性能優(yōu)良、組分可控及缺陷密度較小的碲鋅鎘多晶薄膜，是目前碲鋅鎘多晶薄膜制備面臨的普遍難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了克服上述已有技術(shù)的缺點和不足，而提供一種工藝簡單，碲鋅鎘薄膜結(jié)晶質(zhì)量和光生載流子遷移率較高的一種金屬鋁誘導多晶碲鋅鎘薄膜的制備方法，從而保證薄膜質(zhì)量和應用。本發(fā)明的目的是通過下列技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種金屬鋁誘導多晶碲鋅鎘薄膜的制備方法，它按下述步驟進行
(a)將襯底ITO玻璃用丙酮超聲清洗15 30分鐘，再用質(zhì)量濃度為99.5%的乙醇超聲清洗15 30分鐘，最后用去離子水清洗15 30分鐘；
(b)再將a)項清洗的底板ITO玻璃在真空度為I.OX 10_4 9. 9X 10_4帕的條件下，力口熱至100 300°C，通入氬氣，壓強為3 5帕時，進行反濺清洗10 20分鐘；(c)在締鋅鎘晶體祀上的功率為60 120瓦、IS氣流量為10-50暈升/分鐘、壓強為I 3帕的條件下，施加濺射功率起輝，對(b)項處理的ITO玻璃表面鍍碲鋅鎘先驅(qū)薄膜10 60分鐘；
Cd)在金屬招祀上的派射功率為60 200瓦、IS氣流量為10-50暈升/分鐘、壓強為I 3帕的條件下，對(C)項的鍍碲鋅鎘先驅(qū)薄膜的表面濺射鋁膜f 10分鐘，制得碲鋅鎘先驅(qū)薄膜/誘導金屬Al膜的層疊結(jié)構(gòu)；
Ce)在d)項制得碲鋅鎘先驅(qū)薄膜/誘導金屬Al膜的層疊結(jié)構(gòu)后，在氬氣氣氛保護下，在100 300°C溫度下進行熱處理O. 5 2小時；
(f)最后將e)項熱處理后，用pH=12的氫氧化鈉的溶液將表面析出的鋁材料腐蝕去除，獲得多晶碲鋅鎘薄膜產(chǎn)品。所述的碲鋅鎘晶體靶的碲鋅鎘晶體用改進布里奇曼法生長的晶體；所述的碲鋅鎘晶體鋅組分范圍為O. 04 O. 4 ;所述的鋁靶為純度為99. 9995%的鋁。 本發(fā)明的技術(shù)方案是將金屬鋁誘導技術(shù)與傳統(tǒng)薄膜制備方法相結(jié)合的制備碲鋅鎘多晶薄膜的方法。以物理氣相沉積和金屬誘導結(jié)晶理論為基礎，在玻璃上制備碲鋅鎘先驅(qū)薄膜/誘導金屬Al膜的層疊結(jié)構(gòu)，通過低溫熱處理實現(xiàn)金屬誘導結(jié)晶化過程，實現(xiàn)探測器級碲鋅鎘薄膜制備。由于采取上述技術(shù)方案使本發(fā)明技術(shù)具有如下優(yōu)點及效果
(a)本發(fā)明的制備方法，不僅改進了傳統(tǒng)工藝，而且成本低，適用于大面積沉積薄膜，薄膜與基片間附著力較大，可控性好，原材料利用率高，生產(chǎn)效率高且成膜質(zhì)量好，產(chǎn)業(yè)化前景廣闊；
(b)本發(fā)明的方法制備的碲鋅鎘薄膜，其結(jié)晶溫度低，晶粒尺寸大，載流子遷移率高；
(c)產(chǎn)品電學性能優(yōu)良、組分可控及缺陷密度較小，摻雜的自補償效應比較好，可實現(xiàn)η型摻雜。


圖I為金屬鋁誘導后獲得的碲鋅鎘薄膜表面形貌 圖2圖I的三維立體圖
圖3為金屬鋁誘導前獲得的碲鋅鎘薄膜表面形貌 圖4為圖3的三維立體圖
圖5為金屬鋁誘導后碲鋅鎘薄膜與誘導前的碲鋅鎘薄膜的X射線衍射圖譜。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。實施例I :
將襯底ITO玻璃用丙酮超聲清洗15分鐘，再用質(zhì)量濃度為99. 5%的乙醇超聲清洗30分鐘，最后用去離子水清洗20分鐘，在真空度為1.0父10_4帕的條件下，加熱至3001，通入氬氣，壓強為3帕時，進行反濺清洗20分鐘；
在用改進布里奇曼法生長的Cda9ZnaiTe晶體靶上的功率為60瓦、氬氣流量為50毫升/分鐘、壓強為I帕的條件下，施加濺射功率起輝，對處理的ITO玻璃表面鍍碲鋅鎘先驅(qū)薄膜10分鐘；在純度為99. 9995%的鋁靶上的濺射功率為60瓦、氬氣流量為50毫升/分鐘、壓強為3帕的條件下，對鍍碲鋅鎘先驅(qū)薄膜的表面濺射鋁膜I分鐘制得碲鋅鎘先驅(qū)薄膜/誘導金屬Al膜的層疊結(jié)構(gòu)后，在氬氣氣氛保護下，在100°C溫度下進行熱處理2. O小時，最后用pH=12的氫氧化鈉的溶液將表面析出的鋁材料腐蝕去除，獲得多晶碲鋅鎘薄膜產(chǎn)品。實施例2:
將襯底ITO玻璃用丙酮超聲清洗20分鐘，再用質(zhì)量濃度為99. 5%的乙醇超聲清洗20分鐘，最后用去離子水清洗30分鐘，在真空度為6. OX 10_4帕的條件下，加熱至200°C，通入氬氣，壓強為4帕時，進行反濺清洗15分鐘；
在用改進布里奇曼法生長的Cda96Znatl4Te晶體靶上的功率為80瓦、氬氣流量為30毫升/分鐘、壓強為2帕的條件下，施加濺射功率起輝，對處理的ITO玻璃表面鍍碲鋅鎘先驅(qū)薄膜40分鐘；在純度為99. 9995%的鋁靶上的濺射功率為100瓦、氬氣流量為30毫升/分鐘、壓 強為2帕的條件下，對鍍碲鋅鎘先驅(qū)薄膜的表面濺射鋁膜5分鐘制得碲鋅鎘先驅(qū)薄膜/誘導金屬Al膜的層疊結(jié)構(gòu)后，在氬氣氣氛保護下，在200°C溫度下進行熱處理I. O小時，最后用pH=12的氫氧化鈉的溶液將表面析出的鋁材料腐蝕去除，獲得多晶碲鋅鎘薄膜產(chǎn)品。該碲鋅鎘多晶薄膜產(chǎn)品可用做Y射線探測器。實施例3:
將襯底ITO玻璃用丙酮超聲清洗30分鐘，再用質(zhì)量濃度為99. 5%的乙醇超聲清洗15分鐘，最后用去離子水清洗15分鐘，在真空度為9. 9X 10_4帕的條件下，加熱至100°C，通入氬氣，壓強為5帕時，進行反濺清洗10分鐘；
在用改進布里奇曼法生長的Cda6Zna4Te晶體靶上的功率為120瓦、氬氣流量為10毫升/分鐘、壓強為3帕的條件下，施加濺射功率起輝，對處理的ITO玻璃表面鍍碲鋅鎘先驅(qū)薄膜10分鐘；在純度為99. 9995%的鋁靶上的濺射功率為200瓦、氬氣流量為10毫升/分鐘、壓強為I帕的條件下，對鍍碲鋅鎘先驅(qū)薄膜的表面濺射鋁膜10分鐘制得碲鋅鎘先驅(qū)薄膜/誘導金屬Al膜的層疊結(jié)構(gòu)后，在氬氣氣氛保護下，在300°C溫度下進行熱處理O. 5小時，最后用pH=12的氫氧化鈉的溶液將表面析出的鋁材料腐蝕去除，獲得多晶碲鋅鎘薄膜產(chǎn)品。\將上述實施例所得的碲鋅鎘薄膜利用原子力顯微鏡觀察薄膜表面形貌，通過圖1、2的金屬鋁誘導后獲得的碲鋅鎘薄膜表面形貌和圖3、4的金屬鋁誘導前獲得的碲鋅鎘薄膜表面形貌的對比可以看出，經(jīng)過金屬鋁誘導后的碲鋅鎘薄膜晶粒尺寸要遠大于金屬鋁誘導前碲鋅鎘薄膜晶粒尺寸，可見金屬鋁誘導增大了碲鋅鎘薄膜的晶粒尺寸。將金屬鋁誘導后碲鋅鎘薄膜與誘導前的碲鋅鎘薄膜分別用X射線衍射儀測
試，通過圖5的金屬鋁誘導后碲鋅鎘薄膜與誘導前的碲鋅鎘薄膜的X射線衍射圖譜看出，金屬鋁誘導后碲鋅鎘薄膜的衍射強度遠高于誘導前碲鋅鎘薄膜，可見金屬鋁誘導方法提聞的締鋒鋪薄I旲的結(jié)晶質(zhì)量。該碲鋅鎘多晶薄膜產(chǎn)品可用做X射線探測器，Y射線探測器。
權(quán)利要求
1.一種金屬鋁誘導多晶碲鋅鎘薄膜的制備方法，其特征在于它按下述步驟進行 (a)將襯底ITO玻璃用丙酮超聲清洗15 30分鐘，再用質(zhì)量濃度為99.5%的乙醇超聲清洗15 30分鐘，最后用去離子水清洗15 30分鐘； (b)再將(a)項清洗的底板ITO玻璃在真空度為I.0X10_4 9. 9X10_4帕的條件下，加熱至100 300°C，通入氬氣，壓強為3 5帕時，進行反濺清洗10 20分鐘； (c)在締鋅鎘晶體祀上的功率為60 120瓦、IS氣流量為10-50暈升/分鐘、壓強為I 3帕的條件下，施加濺射功率起輝，對(b)項處理的ITO玻璃表面鍍碲鋅鎘先驅(qū)薄膜10 60分鐘； Cd)在金屬招祀上的派射功率為60 200瓦、IS氣流量為10-50暈升/分鐘、壓強為I 3帕條件下，對(C)項鍍碲鋅鎘先驅(qū)薄膜表面濺射鋁膜f 10分鐘，制得碲鋅鎘先驅(qū)薄膜/誘導金屬Al膜的層疊結(jié)構(gòu)； (e)在(d)項制得碲鋅鎘先驅(qū)薄膜/誘導金屬Al膜的層疊結(jié)構(gòu)后，在氬氣氣氛保護下，在100 300°C溫度下進行熱處理O. 5 2小時； Cf)最后將(e)項熱處理后，用pH=12的氫氧化鈉的溶液將表面析出的鋁材料腐蝕去除，獲得多晶碲鋅鎘薄膜產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬鋁誘導多晶碲鋅鎘薄膜的制備方法，其特征在于所述的碲鋅鎘晶體靶的碲鋅鎘晶體用改進布里奇曼法生長的晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬鋁誘導多晶碲鋅鎘薄膜的制備方法，其特征在于所述的碲鋅鎘晶體鋅組分范圍為O. 04 O. 4。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬鋁誘導多晶碲鋅鎘薄膜的制備方法，其特征在于所述的鋁靶為純度為99. 9995%的鋁。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬鋁誘導多晶碲鋅鎘薄膜的制備方法，其特征在于將襯底清洗后，在真空度條件下，加熱，通入氬氣，進行反濺清洗，在碲鋅鎘晶體靶上的施加濺射功率起輝，對襯底表面鍍碲鋅鎘先驅(qū)薄膜，再對鍍碲鋅鎘先驅(qū)薄膜的表面濺射金屬鋁膜，制成碲鋅鎘先驅(qū)薄膜/誘導金屬Al膜的層疊結(jié)構(gòu)，在氬氣氣氛保護下對碲鋅鎘先驅(qū)薄膜/誘導金屬Al膜層疊結(jié)構(gòu)進行熱處理，最后用pH=12的氫氧化鈉的溶液將表面析出的鋁材料腐蝕去除，獲得多晶碲鋅鎘薄膜產(chǎn)品，該方法具有成本低，適用于大面積沉積薄膜，薄膜與基片間附著力較大，可控性好，原材料利用率高，生產(chǎn)效率高、成膜質(zhì)量好、晶粒尺寸大，載流子遷移率高的優(yōu)點及效果。
文檔編號C23C14/14GK102839347SQ201110172200
公開日2012年12月26日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者曾冬梅, 周海, 潘松海, 楊英歌 申請人:北京石油化工學院