[发明专利]CdZnTe平面探测器表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种平面探测器表面处理方法，特别涉及一种CdZnTe平面探测器表面处理方法。

背景技术

CdZnTe是迄今为止制造室温γ射线和X射线探测器以及HgCdTe等红外薄膜外延衬底最为理想的半导体材料，这种理想的室温核辐射半导体材料在很多领域都受到了关注，适用于X射线荧光分析、天体物理、安全检查、环保、生态、核医学和临床医学等领域,成为替代传统探测器以及闪烁体探测器的升级换代产品。其晶片的表面质量是影响探测器性能的一个关键因素。

CdZnTe晶片经过机械抛光、化学腐蚀、表面钝化以及电极制备四个环节之后能够进行性能探测。CdZnTe晶片进行机械抛光后，在近表面区会存在由应力集中、电活性缺陷、杂质及肉眼不可见的微划痕、微凹凸面等构成的损伤层，必须用化学腐蚀可以有效去除由于机械抛光带来的损伤层。现有的腐蚀工艺是用一定比例的Br-MeOH对晶片腐蚀若干分钟，获得光亮的表面。但是用Br-MeOH腐蚀过的CdZnTe表面富Te且高活性，会造成沉积电极加高偏压后产生较大的漏电流，导致本底噪声增大及能量分辨率变差，并且高活性的富Te层极易在空气被氧化以及吸附各种杂质，会给探测器性能带来不利影响，并且不易控制。因此，CdZnTe晶片的表面钝化尤为重要。表面钝化分为湿化学法和干法。湿化学法的研究报道较多，通常在晶体表面原位生成硫化物或氧化物的钝化膜。

文献1：“Wang X,Jie W,Qiang L I,et al.Surface passivation of CdZnTe wafers[J].Materials Science in Semiconductor Processing,2005,8(6):615-621.”公开了一种CZT晶体表面钝化方法。该方法使用5种钝化剂钝化CZT晶体表面，其中NH₄F/H₂O₂溶液效果最佳，但经过NH₄F/H₂O₂或H₂O₂钝化后表面富Te且漏电流的数量级在10^-6A。漏电流很大会严重影响能谱特性，不利于制成CZT平面探测器。

文献2:：何波、马忠全等人研究Hg_1-xCd_xTe是禁带宽度可调的的三元窄禁带半导体，被广泛用作红外探测器材料。其制造过程中表面预处理和表面钝化是器件制备的关键，也是最富有挑战性的工艺。而Hg_1-xCd_xTe的自身阳极硫化+ZnS介质膜已成为Hg1-xCdxTe光伏器件制造中很成熟的钝化手段，利用钝化后表面形成宽带隙CdS起到了红外光学窗口和过镀层材料的作用，有利于高结晶度的ZnS钝化层的生长。

文献3：国外研究表明，阳极硫化形成的薄膜使P型HgCdTe表面接近平带状态，从而使P型HgCdTe制备的光伏器件表面漏电流减小。应明炯等人得出阳极硫化/ZnS复合钝化p型MCT表面有很好的界面效应。

对于Hg_1-xCd_xTe这类的低阻半导体，通过表面钝化增加材料电阻率，能够显著降低材料的漏电流，达到维持材料的电学和化学稳定性的目的。但对于CZT这类高阻半导体，表面硫化得效果还需进一步证明。

文献4：“Kim K H,Tappero R,Bolotinikov A E,et al.Long-term stability of ammonium-sulfide-and ammonium-fluoride-passivated CdMnTe detectors[J].Journal of the Korean Physical Society,2015,66(10):1532-1536.”中研究了CMT表面硫化和氟化对探测器长期稳定性的影响，结果显示经过硫化后的探测器比经过氟化后的长期稳定性更好。但是报道中漏电流降低幅度较小，而且未见对探测器性能改善作用。

发明内容