[发明专利]含有石墨烯过渡层的CdZnTe光电探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电探测器及其制备方法，特别是涉及一种CdZnTe光电探测器及其制备方法，应用于光电探测设备和复合材料制备技术领域。

背景技术

CdZnTe材料是极具潜力的Ⅱ-Ⅵ化合物半导体材料，相比传统的硅、锗、砷化镓，CdZnTe有较大的禁带宽度与原子序数，并能在室温下工作，此外，该种材料的禁带宽度可以随着Zn组分的变化在1.45eV~2.26eV变化，同时该材料也具有高电阻率的特点，这使得用CdZnTe材料制成的器件能有较小的漏电流。这些优异的特点使得CdZnTe膜适于探测器的制备，在环境监测、核医学、工业无损检测、安全检查、空间科学、核武器突防及其它核技术领域有着广阔的应用前景。相比于CdZnTe晶体探测器，CdZnTe膜的制备技术更简单，成本更低，容易成批生产。

CdZnTe膜的表面状况、电极工艺是影响CdZnTe光电性能的重要因素。目前，对于高阻的CdZnTe材料而言，很难获得良好的欧姆接触或者准欧姆接触。近年来，Au、Al、Ti、Pt/Au、Cr/Au已被作为电极材料以获得金属与CdZnTe之间的良好接触。在这些电极材料中，Au和Pt表现出相对较好的欧姆接触特性，但是，它们与CdZnTe之间的界面接触问题仍有待解决。总所周知，石墨烯具有独特的电学、光学和机械性能，是一种性能优异的电极材料，在LED、太阳能电池、超级电容器等器件中有广泛的应用，但迄今为止尚未见将石墨烯作为增强电极材料与CdZnTe之间的界面导电接触功能层的报道或文献记载。

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，提供一种含有石墨烯过渡层的CdZnTe光电探测器及其制备方法，在CdZnTe光电探测器中增加石墨烯过渡层形成一种新型的光电探测器结构，有效地避免CdZnTe表面受环境的影响，去除CdZnTe表面的杂质和缺陷，提高CdZnTe的结晶质量，明显改善CdZnTe与Au电极之间的界面接触，获得更好的欧姆接触，从而降低器件的暗电流，提高器件的灵敏度和光电响应。本发明器件制备方法具有工艺简单、成本更低、可重复性高等特点，给CdZnTe在光电探测设备中的实际应用提供了新的方案，扩大了CdZnTe在光电探测器中的应用范围。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种含有石墨烯过渡层的CdZnTe光电探测器，依次由导电衬底、CdZnTe膜和金属电极层层叠形成层状复合光电器件结构，导电衬底采用掺杂氟的SnO₂导电玻璃，在CdZnTe膜中的锌摩尔百分比含量为2~20%，金属电极层采用Au电极，在CdZnTe膜和金属电极层之间设置一层厚度为0.2-0.5mm的石墨烯过渡层，使CdZnTe膜和金属电极层之间形成欧姆接触界面复合结构。

上述CdZnTe膜的厚度优选为200-300mm。

上述金属电极层的厚度优选为100-200nm，直径为1.5-5mm。

本发明还提供一种含有石墨烯过渡层的CdZnTe光电探测器的制备方法，包括如下步骤：

a.CdZnTe单晶升华源的准备：将纯度皆为99.99%的Cd、Zn、Te同时放入石英管中，在高真空下，采用移动加热法生长出成分分布均匀的CdZnTe单晶体，其中锌的摩尔百分比含量为2~20%，将生长好的晶体切片作为升华源备用；

b.衬底预处理：采用掺杂氟的SnO₂导电玻璃(FTO)作为衬底，将衬底用曲拉通、丙酮和乙醇分别超声清洗5～20分钟，洗去衬底表面的杂质与有机物，然后将其烘干后放入近空间升华反应室内；

c.CdZnTe厚膜生长过程：开机械泵将近空间升华反应室内抽真空，将近空间升华反应室内气压抽至5Pa以下后关闭机械泵，再将在步骤a中制备的升华源及经步骤b处理后的衬底分别加热到500~650℃和350~400℃，在衬底上生长CdZnTe厚膜制备30~180min，然后将CdZnTe厚膜及衬底冷却至室温，在关机械泵后，从近空间升华反应室内取出结合CdZnTe厚膜的衬底；优选控制制备CdZnTe厚膜的厚度为200-300mm；

d.溴甲醇腐蚀过程：配制浓度为0.1~0.5%的溴甲醇溶液，将在步骤c中制备的结合CdZnTe厚膜的衬底浸入溴甲醇溶液腐蚀10~60s，腐蚀后的结合CdZnTe厚膜的衬底用甲醇保存，并用氮气吹干；