[发明专利]条形阵列碲锌镉探测器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种探测器的制备方法，特别涉及一种条形阵列碲锌镉探测器的制备方法。

背景技术

碲锌镉材料因其原子序数大，对能量在10keV～1MeV范围内的X或γ射线，具有较高的能量分辨率和探测效率，且性能稳定、无极化和潮解现象。同时，碲锌镉探测器可以在室温下工作，因而可省去制冷系统，体积较小，使用更加方便。然而，对于不同电极结构的碲锌镉探测器，条形阵列结构探测器既克服了单元结构探测器效率低的缺点，同时又克服了像素阵列结构探测器结构复杂，价格昂贵等缺点，成为目前X或γ射线成像用碲锌镉探测器研究的热点。

文献“S.Baba,K.Ohmori,Y.Mito,et al.Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A,2001,458:262-268”和美国专利“US5177776”分别公开了一种由32个单元结构碲化镉探测器拼接成线阵探测器的方法，然而该方法相邻探测器间的间隙较大，影响了探测系统整体的分辨率。目前主要采用光刻的办法制备条形阵列碲锌镉探测器。然而在制备过程中，由于探测器所需要的晶片长宽比较大（通常长与宽之比大于4），导致光刻图形完整性较差。文献“I.Jung,H.Krawczynski,A.Burger,et al.Astroparticle Physics,2007,28:397-408”报道了采用光刻工艺直接在条形碲锌镉晶体上制备的条形阵列碲锌镉探测器，然而制备的像素电极边缘存在缺损。这是由于：一、长条形状的碲锌镉晶片在机械抛光过程中容易出现塌边问题，即导致晶片边沿处厚度小于中心处厚度；二、由于长宽比较大，晶片边缘处光刻胶无法均匀涂覆。此外，由于晶片边缘存在塌边，容易导致探测器在后续的倒装连接工艺中出现断路现象。

发明内容

为了克服现有光刻工艺制备条形阵列碲锌镉探测器时光刻图像边缘缺损问题，获得完整的光刻电极，同时有利于完成后续的条形阵列碲锌镉探测器与基板的倒装连接，本发明提供一种条形阵列碲锌镉探测器的制备方法。该方法选择在长宽比较小的大尺寸碲锌镉单晶片上一次光刻出多个条形阵列图案，然后通过光刻胶保护条形阵列电极并采用划片机沿着光刻图案的外围轮廓划开，形成独立的条形阵列碲锌镉探测器。克服了晶片抛光时由于长宽比较大导致的塌边和光刻电极图案不完整等现象，同时解决了像素电极的倒装连接时由于晶片厚度不均匀导致的短路问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种条形阵列碲锌镉探测器的制备方法，其特点是：

步骤一、采用垂直布里奇曼法生长的碲锌镉晶锭，沿着<111>方向定向切割成长宽比在1～2之间的矩形单晶片，晶片厚度在0.5～5mm之间。

步骤二、切割好的单晶片经机械抛光和化学抛光后，在单晶片的{111}Cd面采用热蒸镀法或浓度为10～50g/L的AuCl₃水溶液的化学方法制备Au电极，并在电极上涂覆光刻胶，以保护Au电极在后续的处理中不被破坏；在单晶片的{111}Te面同时光刻出4～6条1×8～1×32的条形阵列图案，并采用热蒸镀法或浓度为10～50g/L的AuCl₃水溶液的化学方法制备Au电极。

步骤三、在单晶片光刻电极表面均匀涂覆一层光刻胶以保护条形阵列电极在划片切割时不被切削液冲刷破坏。采用划片机沿着条形阵列电极图案的外围轮廓划开，形成独立的条形阵列碲锌镉探测器。

步骤四、将条形阵列碲锌镉探测器放置于体积比为0.5～5%的Br₂-CH₃OH溶液内腐蚀5～30分钟，以去除划片时造成的侧面损伤层。

步骤五、将腐蚀完成后的条形阵列碲锌镉探测器放置于丙酮中去除条形阵列碲锌镉探测器覆盖的光刻胶，并用去离子水清洗3～5分钟，氮气吹干。条形阵列碲锌镉探测器倒装到陶瓷基板上，以便后续测试与使用。

本发明的有益结果是：采用长宽比小于2的矩形碲锌镉单晶片制备条形阵列碲锌镉探测器，克服了抛光时晶片边缘的塌边现象，制备的条形阵列碲锌镉探测器，其厚度偏差小于20μm，解决了后续条形阵列电极倒装连接时存在的短路问题。由于晶片长宽比小，光刻胶可以均匀涂覆晶片表面，光刻图案条形阵列电极结构完整，解决了光刻图案残缺的问题。同时由于采用光刻胶保护条形阵列电极进行划片切割的方法，实现了对光刻电极的保护，避免了切割导致的晶片边缘崩裂。且该方法一次可以制备4～8个1×8～1×32的像素阵列条形探测器单元，节约了制备时间，减少了加工成本。