Спосіб отримання спектрометричного детектора на основі сполуки cdznte

Спосіб отримання спектрометричних детекторів на основі кристалів CdZnTe, що включає механічну обробку поверхні, просушування, видалення 3 чується нанесенням електродів на його протилежні поверхні. Відомий спосіб отримання детекторів на основі кристалів CdZnTe [A.Burger, H.Chen, K.Chattopadnyay, D.Shi, S.H.Morgan, W.E.Collins, R.B.James. Charactereization of metal contacts on and surfaces of cadmium zinc telluride. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 438, 1999, p.8-13], який включає механічну обробку поверхні кристалу, видалення порушеного шару шляхом хімічного травлення поверхні у розчині брому в метанолі з концентрацією 2...10% при кімнатній температурі впродовж 1...5 хвилин (але не більш, ніж 5 хвилин), при швидкості травлення приблизно 50мкм/хвил, полоскання кристалу у розчині, що поступово розбавляється, полоскання у чистому метанолі, висушування сухим чистим стисненим повітрям, нанесення захисного шару шляхом повторного травлення у розчині, який вміщує 2% - Вr, 20% - молочної кислоти в етиленгліколі, просушування сухим чистим стисненим повітрям, і нанесення електричних контактів на протилежні поверхні. Як припускають автори, в результаті на поверхні кристалів утворюється високоомний оксидний шар СdТеО3 завтовшки 2040нм, внаслідок чого струми втрат детектора зменшуються у 1,2...1,4 рази у порівнянні із зразками, котрі не піддавали обробці. Недоліками вказаного способу є: його неекономічність, яка проявляється у необхідності використання високочистих хімічних реактивів, що дорого коштують, а також низька технологічність способу. Відомий спосіб отримання детекторів на основі кристалів CdZnTe [Пат. України ПМ №40036, H01L 21/302], який включає механічну обробку поверхні, видалення порушеного шару шляхом хімічного травлення поверхні, просушування, нанесення суцільних електричних контактів на протилежні поверхні кристала, отримання захисного шару на боковій поверхні шляхом опромінення УФ випромінюванням в атмосфері, що містить кисень, з інтенсивністю випромінювання 10...20кВт/м2 впродовж 15...75 хвилин. Застосування способу забезпечує отримання захисного шару завтовшки до 50нм з електричним опором не менш ніж 1010Ом см. В результаті, поверхневий електричний опір кристалічних зразків CdZnTe збільшується в 7-10 разів, а поверхневі струми втрат зменшуються у 6-7 разів у порівнянні із зразками, поверхня яких не піддавалась обробці. Загальним недоліком вказаних способів отримання детекторів є необхідність використання токсичних і летючих бром-метанолових розчинів для видалення порушеного шару з поверхні кристалічного зразка шляхом хімічного травлення. У якості прототипу обрано останній з наведених аналогів. В основу корисної моделі поставлена задача розробки відтворюваного способу отримання на основі монокристалічного CdZnTe спектрометричних детекторів, які мають малі струми втрат, і такого, що виключає застосування токсичних компонентів. Рішення поставленої задачі досягається тим, що у способі отримання спектрометричних детек 51304 4 торів на основі кристалів CdZnTe, який включає механічну обробку поверхні, просушування, видалення порушеного шару, нанесення суцільних електричних контактів на протилежні поверхні кристалу, отримання захисного шару на боковій поверхні, згідно корисній моделі, спочатку наносять суцільні електричні контакти на протилежні поверхні кристалу, а потім видаляють порушений шар із бокової поверхні шляхом опромінювання зразків послідовністю імпульсів лазерного випромінювання з довжиною хвилі 200-780нм, тривалістю імпульсів не більше ніж 1,0мкс, середньою густиною потужності 10-70МВт/см2, дозою опромінювання 0,25-3,0Дж/см2. Опромінювання лазерними імпульсами з довжиною хвилі менш ніж 780нм практично повністю поглинається у приповерхневому шарі зразків CdZnTe внаслідок того, що довжина хвилі лазерних імпульсів є коротшою ніж довжина хвилі, яка визначає межу фундаментального поглинання кристалів CdZnTe (приблизно 796нм). Тому при опромінюванні поверхні кристалічних зразків CdZnTe лазерними імпульсами з довжиною хвилі випромінювання менш ніж 780нм і з достатньо високою густиною потужності спостерігається видалення приповерхневого порушеного шару в результаті ефекту лазерної абляції. Видалення відбувається шляхом переходу напівпровідникового матеріалу із твердої фази в газоподібну, минаючі рідку фазу (явище сублімації). Уся енергія лазерного випромінювання поглинається у вказаному шарі, який характеризується високим коефіцієнтом оптичного поглинання, що також викликає термопружне руйнування тонкого приповерхневого шару з наступним викидом мікрочастинок матеріалу. Опромінення поверхні зразків лазерними імпульсами з довжиною хвилі випромінювання більш ніж 800нм недоцільно, тому що не призводить до ефективного видалення порушеного шару. Лазерне випромінювання з довжиною хвилі менш ніж 200нм сильно поглинається у повітряній атмосфері, що робить неефективним процес лазерної абляції. Тривалість імпульсів встановлена експериментальне. При тривалості імпульсів більш ніж 1,0мкс вплив є недоцільним, тому що не призводить до ефективного видалення порушенного шару, а призводить до перегріву приповерхневої області зразка, що погіршує спектрометричні характеристики детектора. Як показали експериментальні дослідження, ефективне видалення порушеного шару шляхом лазерної абляції імпульсами із вказаною довжиною хвилі випромінювання відбувається при густині потужності імпульсів 10...70МВт/см2. При густині потужності імпульсів менш ніж 10МВт/см2, лазерне очищення поверхні кристалічних зразків CdZnTe малоефективне, а при більш, ніж 70МВт/см2 - велика імовірність лазерного руйнування зразка. Доза лазерного опромінювання 0,25...3,0Дж/см2 також встановлена експериментальне і обумовлена густиною потужності імпульсів, при котрих відбувається лазерна абляція поверхні кристалічного зразка CdZnTe, розмірами зразка, а 5 51304 також швидкістю його обертання у кристалотримачі та періодом проходження лазерних імпульсів. При дозі лазерного випромінювання менш ніж 0,25Дж/см2 порушений шар не видаляється повністю, а збільшення дози лазерного випромінювання більш ніж 3,0Дж/см2 недоцільно, тому що не призводить до помітного покращення спектрометричних і електричних характеристик виготовлених детекторів. У таблиці наведені значення електричного опору (R1 і R2) кристалічних зразків CdZnTe і струмів втрат (I1 та І2) детекторів, відповідно до та після застосування способу, що заявляється, а також за способом-прототипом. Приклад. Запропонований спосіб здійснюють наступним чином. Із кристалів CdZnTe, які вирощують методом Бриджмена, шляхом механічної обробки виготовляють зразки розміром 7 7 10мм3, котрі потім промивають чистим бензином, чистим етиловим спиртом, дистильованою водою і висушують чистим сухим повітрям. Після чого на дві протилежні грані зразка з розмірами 7 7мм2 наносять золоті електроди методом хімічного осадження із 8% водного розчину хлорного золота (або наносять шляхом термічного напилення у вакуумі). Потім зразок встановлюють у 6 кристалотримач, що обертається (швидкість обертання 2 обертів/хвил) і розміщений у технологічній камері, в якій встановлено YAG:Nd-лазер. За допомогою перетворювача випромінювання, виготовленого із орієнтованого кристалу KDP, отримують другу гармоніку ( =532нм) випромінювання неодимового лазеру, після чого імпульсним випромінюванням з такою довжиною, при густині потужності імпульсів 48,3МВт/см2, проводять впродовж 1 хвилини лазерну абляцію бокової поверхні зразка CdZnTe, що обертається. Далі бокову поверхню зразка опромінюють ультрафіолетовим випромінюванням впродовж 45 хвилин при інтенсивності УФ випромінювання 17,7кВт/м2. Після чого зразок виймають із камери і вимірюють темновий електричний опір зразка та струми втрат, які змінилися внаслідок застосування способу, що заявляється. Приклади реалізації способу при інших технологічних режимах наведені у таблиці. Як видно із таблиці, спосіб, що заявляється, дозволяє суттєво збільшити поверхневий електричний опір CdZnTe детекторів і знизити струми втрат по їх боковій поверхні. Крім того, спосіб, що заявляється, є відтворюваним, а також дозволяє вилучити застосування токсичних компонентів при виготовленні детекторів. Таблиця № зразка R1, Ом (до обробки) R2, Ом (після обробки) R2/R1 I1/І2, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Прототип 5,5 109 2,6 1010 1,1 1010 2,1 109 3,0 109 1,5 1010 6,3 1010 6,3 1010 4,7 108 8,2 109 6,2 108 8,0 109 3,15 108 1,45 108 1,4 1010 1,3 1011 3,3 1011 1,6 1011 2,3 1010 8,1 1010 3,2 1011 1,4 1011 9,2 1010 3,4 1010 4,5 108 3,15 107 3,25 108 2,63 1010 1,3 1010 1,05 1011 23,6 12,7 14,5 10,9 27,0 21,3 2,2 1,46 72,34 0,05 0,05 0,04 83,49 89,65 7,5 24,4 13,8 16,8 8,6 28,6 20,4 2,2 1,5 71,1 0,05 10,05 10,04 83,3 79,2 6,7 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Лазерна абляція, Лазерна абляція, - довжина хвилі густина потужності, випромінювання, МВт/см2 нм 354,6 17,5 354,6 12,3 532 20,5 532 11,0 532 48,3 532 44,1 354,6 6,7 532 6,8 532 57,7 1064 11,5 1064 44,5 1064 72,0 532 68,5 532 62,3 відсутнє відсутнє Підписне Тираж 26 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