Спосіб виготовлення телурид-кадмієвого детектора g- та х-випромінювання

Спосіб виготовлення телурид-кадмієвого детектора γ- та X-випромінювання, що включає різання високоомного монокристала CdTe на пластини, шліфування, поліровку, обробку зразка в хімічному травнику, нанесення контактів, який відрізняється тим, що напівпровідникову пластину високоомного телуриду кадмію додатково відпалюють шляхом 10 сеансів НВЧ-опромінення потужністю 7,5±0,4 Вт/см2 з частотою 2,45 ГГц протягом 3±1 с кожний сеанс з інтервалом між сеансами 2-4 с. (19) (21) u200909286 (22) 10.09.2009 (24) 10.02.2010 (46) 10.02.2010, Бюл.№ 3, 2010 р. (72) ЛОЦЬКО ОЛЕКСАНДР ПАВЛОВИЧ, КОРБУТЯК ДМИТРО ВАСИЛЬОВИЧ, ДЕМЧИНА ЛЮБОМИР АНДРІЙОВИЧ, ЄРМАКОВ ВАЛЕРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, КОНАКОВА РАЇСА ВАСИЛІВНА, МІЛЄНІН ВІКТОР ВОЛОДИМИРОВИЧ, РЕДЬКО РОМАН АНАТОЛІЙОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ ІМ. В.Є.ЛАШКАРЬОВА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ 3 льність в широкому діапазоні температур, а при використанні спеціальних методик апаратурної корекції похибка вимірювання потужності експозиційної дози, яка зумовлена залежністю чутливості CdTe-детектора від енергії γ-кванта, складає лише декілька відсотків проти 15-20% для кремнієвих детекторів. Описані способи виготовлення дають змогу отримувати достатньо задовільні детектори γ- та X-випромінювання, які придатні для конструювання напівпровідникових дозиметрів та спектрометрів. Проте, чутливість вищевказаних детекторів не завжди буває достатньою, зокрема при необхідності реєстрації малих потоків γ- або Xвипромінювання. Найбільш близьким до запропонованого (прототип) є спосіб виготовлення напівпровідникового детектора γ- та X-випромінювання із використанням лазерних технологій нанесення контактів [2]. У вказаному способі зразки необхідних розмірів шліфують, полірують та обробляють в хімічному травнику. Потім проводять остаточне очищення контактної площадки на зразку одиночним імпульсом технологічного лазера з енергією кванта hv≥Eg і густиною енергії в імпульсі Р≥Рпл, де h - постійна Планка, v - частота монохроматичного лазерного випромінювання, Eg - ширина забороненої зони кристалу, Рпл - густина енергії випромінювання лазера, при якій відбувається плавлення поверхневого шару напівпровідника. Напилення контактного металу здійснюють одиночним імпульсом технологічного лазера. Після цього здійснюють лазерне вплавлення контактного металу одиночним імпульсом технологічного лазера з енергією кванта hv≥Eg і густиною енергії в імпульсі 0,080,15Дж/см2, причому опромінення проводять з протилежної по відношенню до контактного шару сторони. Цей спосіб також дає змогу виготовляти задовільні детектори γ- та X-випромінювання. Проте, чутливість вищевказаних детекторів також не достатня при реєстрації малих потоків γ- або Xвипромінювання тому, що високоомні монокристали телуриду кадмію мають велику кількість структурних неоднорідностей, дефектів та фонових домішок . В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення чутливості телурид-кадмієвого детектора γ- та X-випромінювання за рахунок зменшення числа структурних неоднорідностей, дефектів та фонових домішок шляхом НВЧ-відпалу. Для вирішення поставленої задачі запропонований спосіб включає різання високоомного монокристала CdTe на пластини, шліфування, полірування, обробку зразка в хімічному травнику та нанесення контактів, і відрізняється тим, що напівпровідникову пластину високоомного телуриду кадмію додатково відпалюють шляхом 10 сеансів НВЧ-опромінення потужністю 7,5±0,4Вт/см2 з частотою 2,45ГГц протягом 3±1с. кожний сеанс з інтервалом між сеансами 2-4с. Приклад конкретного виконання. Для виготовлення детекторів γ- та Xвипромінювання були використані монокристали телуриду кадмію, легованого хлором, вирощені з використанням способу [3]. Після різання монокристала на пластини, шліфування, поліровки, 47578 4 обробки зразків в хімічному травнику та нанесення за допомогою вищеописаної лазерної технології контактів [2] проводився короткочасовий НВЧвідпал з потужністю 7,5Вт/см2 з частотою 2,45ГГц. НВЧ-відпал проводився в спеціальному режимі по 3с. 10 раз з інтервалом між обробками 2-4с. тому, що саме при такій обробці малими дозами опромінення вдається уникнути неоднорідного перегріву зразка і отримати найкращі детекторні параметри. Дослідження показали, що менша тривалість відпалу не дає бажаного результату, а більша приводить до погіршення детекторних властивостей. Використання інших потужностей відпалу також не дає потрібних результатів. На фіг.1а представлено спектри низькотемпературної (4,2К) фотолюмінесценції (ФЛ) в екситонній області монокристалів CdTe, NCl=5×1019см-3: 1 - вихідний; 2 - після НВЧ-обробки 30с. При аналізі результатів, приведених на фіг.1 нами встановлено, що НВЧ-відпал приводить до активації центрів С1Те, що фіксується істотнім збільшенням інтенсивності лінії фотолюмінесценції, де донорними центрами є С1Те. Детальні дослідження залежності спектрів ФЛ від часу НВЧ-відпалу показали, що інтеїральна інтенсивність низькотемпературної (4,2К) фотолюмінесценції, яка є критерієм якості монокристала, змінюється немонотонно - зростання інтенсивності ФЛ при малих дозах НВЧ-опромінення (максимальне значення інтенсивності ФЛ досягається при сумарному часі опромінення t=30с.) змінюється її спадом при подальшому збільшенні часу НВЧобробки (Фіг.1, б). (Малі дози - це такі дози НВЧопромінення, при яких ще не відбувається руйнування кристалу або істотна зміна характеристик кристалічної ґратки). Крім цього, відношення сигнал/шум, яке є основною характеристикою чутливості детекторів γ-випромінювання, до відпалу становило ≈2, а після НВЧ-опромінення досягало значення 2,5. Збільшення інтенсивності ФЛ та величини відношення сигнал/шум в результаті запропонованого низькодозового НВЧ-опромінення є проявом ефекту малих доз. Суть його полягає у релаксації термодинамічно нерівноважних, метастабільних дефектів під дією малих доз проникаючого випромінювання, що приводить до зміни (зменшення) їх концентрації в порівнянні з вихідною концентрацією. Таким чином, завдяки тому, що напівпровідникову пластину високоомного телуриду кадмію додатково відпалюють за допомогою НВЧ-випромінювання потужністю 7,5±0,4Вт/см з частотою 2,45ГГц в 3-х секундному режимі з інтервалом між обробками 2-4 с протягом 10-ти сеансів вдається суттєво покращити властивості виготовлених з неї детекторів γ- та X-випромінювання за рахунок зменшення числа структурних неоднорідностей, дефектів та фонових домішок. Література: 1. Корбутяк Д.В., Мельничук С.В., Корбут Є.В., Борисик М.М.: Телурид кадмію: домішководефектні стани та детекторні властивості, Київ, 2000p., 198с. 2. Корбутяк Д.В., Бобицький Я.В., Будзуляк С.І., Вахняк Н.Д., Демчина Л.А. Єрмаков В.М., та ін. Спосіб виготовлення детектора γ-та Хвипромінювання на основі високоомних напівпро 5 47578 відників CdTe та CdZnTe. Деклараційний патент на винахід №46513А, Україна, Опубл. 15.05.02; Бюл. №5 «Промислова власність», 6с. 3. Корбутяк Д.В., Лоцько О.П., Демчина Л.А., Вахняк Н.Д., Цюцюра Д.І., Британ В.Б., Пігур О.М., Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 6 Попович В.Д. Спосіб вирощування монокристалів CdTe та CdZnTe. патент на корисну модель №40276; Опубл. 25.03.2009р.; Бюл. №6 «Промислова власність», 6с. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601