Спосіб отримання спектрометричного детектора на основі сполуки cdznte

Реферат: Спосіб отримання спектрометричних детекторів на основі сполуки CdZnTe включає механічну обробку поверхні, промивання, просушування, видалення порушеного приповерхневого шару шляхом опромінення поверхні зразків, нанесення суцільних електричних контактів на протилежні поверхні кристала, отримання захисного шару на бічній поверхні. Опромінення поверхні зразків здійснюють послідовністю лазерних імпульсів з довжиною хвилі випромінювання менше 790 нм, тривалістю імпульсів не більше 1,0 мкс, середньою щільністю 2 2 потужності імпульсів 10...70 МВт/см , дозою опромінення 0,25...3,0 Дж/см . Порушений приповерхневий шар видаляють шляхом лазерної абляції з усієї поверхні. UA 71652 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ СПЕКТРОМЕТРИЧНОГО ДЕТЕКТОРА НА ОСНОВІ СПОЛУКИ CdZnTe UA 71652 U UA 71652 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів виготовлення спектрометричних детекторів на основі сполуки CdZnTe для вимірювань рентгенівського і гамма-випромінювання широкого діапазону енергій, включаючи вимірювання в галузі високих енергій. Істотно впливають на експлуатаційні характеристики спектрометричних напівпровідникових детекторів як матеріал контактів, нанесених на їх поверхню, так і метод їх нанесення. Матеріалом, який найбільше використовують для нанесення омічних контактів на поверхню детекторів CdZnTe і CdTe р-типу, є золото, а найбільш поширеними методами нанесення Auконтактів на ці напівпровідники є вакуумне напилювання і хімічне осадження золота. При цьому золоті електроди, отримані на поверхні високоомних сполук CdZnTe і CdTe р-типу хімічним осадженням, характеризуються меншим перехідним електроопором в порівнянні з електродами, отриманими термічним напиленням золота в вакуумі, в результаті зменшення області просторового заряду в приконтактній області напівпровідника. Відомий спосіб отримання спектрометричного детектора на основі сполуки р-типу [Wang Xiaoqin, Jie Wanqi, Li Qiang, Gu Zhi. Surface passivation of CdZnTe wafers// Materials Science in Semiconductor Processing 8 (2005) 615-621]. У вказаному способі після механічного полірування і полоскання в ацетоні зразки CdZnTe ртипу травлять в 2 %-му розчині бромі-МеОН, обполіскують в метанолі, сушать в атмосфері азоту, потім на них наносять золоті контакти плазмовим розпиленням, які перед пасивацією захищають твердим парафіном, після чого проводять пасивацію у водних розчинах різних хімічних пасивантів (10 % - NH4F; 10 % - Н2О2; 15 % - КОН; 15 % - Н2О2; 15 % - Н2О2 після 15 % КОН; 15 % - КОН/15 % - Н2О2), а потім обполіскують деіонізованою водою, видаляють в петролейному ефірі парафін з електродів, висушують азотом і протягом 2 годин відпалюють зразки в повітряній атмосфері при температурі 333 К. Вплив пасивації перевіряють за допомогою рентгенівської фотоелектронної спектроскопії і вольт-амперних характеристик. Недоліком цього способу є висока трудомісткість і енергоємність процесу одержання. Відомий спосіб отримання спектрометричних детекторів на основі сполуки CdZnTe [Патент України № 51304, H01L 21/302]. У цьому способі після механічної обробки поверхні кристалів CdZnTe, хімічного травлення, промивання, просушування, нанесення суцільних електричних контактів на протилежні поверхні кристала, порушений шар з бокової поверхні видаляють шляхом опромінення зразків послідовністю імпульсів лазерного випромінювання з довжиною хвилі менш ніж 780 нм, тривалістю імпульсів не більше 1,0 мкс, середньою щільністю потужності 2 2 10...70 МВт/см , дозою опромінення 0,25...3,0 Дж/см , а після цього для отримання захисного шару бокову поверхню зразків опромінюють ультрафіолетовим випромінюванням протягом 45 2 хвилин при інтенсивності УФ випромінювання 17,7 кВт/м . Загальними недоліками наведених способів є нелінійність і несиметричність вольт-амперних характеристик отриманих детекторів, що знижує ефективність їх роботи, а також необхідність використання токсичних і летючих бром-метанолових травильних розчинів перед нанесенням електричних контактів. Як прототип вибрано останній з наведених аналогів. В основу корисної моделі поставлена задача розробки технологічного способу отримання спектрометричних детекторів на основі сполуки CdZnTe, що мають лінійну симетричну ВАХ, а спосіб виключає застосування токсичних хімічних компонентів як перед нанесенням електричних контактів на протилежні грані детектора, так і при отриманні (нанесенні) захисного діелектричного (високоомного) шару на бічній поверхні. Поставлена задача вирішується тим, що в способі отримання спектрометричних детекторів на основі сполуки CdZnTe, який включає механічну обробку поверхні, промивання, просушування, видалення порушеного приповерхневого шару шляхом опромінення поверхні зразків послідовністю лазерних імпульсів з довжиною хвилі випромінювання менше 790 нм, тривалістю імпульсів не більше 1,0 мкс, середньою щільністю потужності імпульсів 10...70 2 2 мВт/см , дозою опромінення 0,25...3,0 Дж/см , нанесення суцільних електричних контактів на протилежні поверхні кристала, отримання захисного шару на бічній поверхні, згідно з корисною моделлю, порушений приповерхневий шар видаляють шляхом лазерної абляції з усієї поверхні. Якість електричних характеристик контактів (ohmicity, омічність), нанесених на поверхню напівпровідникового детектора, оцінюють за допомогою виміру його вольт-амперних характеристик. Лінійність і симетричність ВАХ свідчить про хороший омічний контакт, що забезпечує термодинамічну рівноважну щільність як основних, так і неосновних носіїв заряду, внаслідок чого об'ємний заряд в приконтактній області напівпровідникового зразка не утворюється. Відхилення ВАХ детектора свідчить про наявність в приповерхневому шарі напівпровідника перехідних шарів, які призводять до погіршення експлуатаційних характеристик. 1 UA 71652 U 5 10 Проведення лазерної абляції всій поверхні кристалічних зразків CdZnTe перед нанесенням суцільних електричних електродів забезпечує отримання омічних (незапираючих) контактів з поверхнею напівпровідника, які характеризуються мінімальним перехідним електричним опором і мінімальним значенням приконтактної ємності, що приводить до поліпшення спектрометричних і електричних характеристик одержуваних детекторів. Це підтверджується результатами вимірювання ВАХ детекторів, виготовлених відповідно до запропонованого способу - в широкому інтервалі прикладених напруг вольт-амперні характеристики стають лінійними і симетричними, що забезпечує рівномірність напруженості електричного поля в кристалі, внаслідок чого поліпшуються спектрометричні характеристики детектора. В таблиці наведено коефіцієнт лінійності ВАХ для двох різних детекторів до і після обробки приконтактних поверхонь методом лазерної абляції. Коефіцієнт лінійності ВАХ визначається відношенням прямої гілки ВАХ до зворотної. Таблиця U, B 10 20 30 40 50 100 150 200 250 300 400 500 (спосібпрототип) Іпр./Іобр. 1,9 1,77 1,63 1,5 1,39 0,94 0,66 0,55 0,49 0,46 0,42 0,41 Зразок 1 (спосіб, що заявляється) Іпр./Іобр. 1,06 1,04 1,07 1,06 1,08 1,09 1,09 1,08 1,03 0,98 0,96 0,96 Зразок 2 (спосіб-прототип) (спосіб, що заявляється) Іпр./Іобр. 1,4 1,33 1,27 1,21 1,15 0,87 0,78 0,73 0,75 0,75 0,72 0,70 Іпр./Іобр. 1,02 1,00 1,01 1,02 0,99 1,00 1,00 1,00 1,06 1,05 1,02 1,06 15 20 25 30 35 40 На кресленні наведено вольт-амперні характеристики двох детекторів на основі сполуки CdZnTe: 1 - з підконтактними поверхнями, обробленими методом хімічного травлення (за прототипом); 2 - з підконтактними поверхнями, які оброблено способом, що заявляється. Як видно з креслення, ВАХ детекторів, отриманих за способом-прототипом, є несиметричними та нелінійними. Після обробки підконтактних поверхонь методом лазерної абляції ВАХ детекторів стає симетричною, а ступінь її лінійності наближається до 1 (див. табл.). Пропонований спосіб реалізують наступним чином. Приклад. З кристалів CdZnTe, що вирощено методом Бріджмена, шляхом механічної 3 обробки виготовляють зразки розміром 7×7×10 мм , промивають чистим бензином, чистим етиловим спиртом, дистильованою водою і висушують чистим сухим повітрям. Після цього зразок встановлюють на кристалотримач, розміщений в технологічній камері; включають YAG:Nd-лазер і за допомогою перетворювача випромінювання, виготовленого з орієнтованого кристала KDP, отримують другу гармоніку (=532 нм) випромінювання неодимового лазера, після чого імпульсним випромінюванням з такою довжиною хвилі, при щільності потужності 2 імпульсів 48,3 МВт/см , проводять протягом 1 хвилини лазерну абляцію двох протилежних 2 граней зразка з розміром 7×7 мм . Потім на вказані грані зразка наносять золоті електроди методом хімічного осадження з 8 % водного розчину хлорного золота (або наносять шляхом термічного напилення у вакуумі) і вимірюють вольт-амперні характеристики зразка, його вихідний темновий електричний опір і струми витоку за допомогою тераометра Е6-13 і мікровольтнаноамперметра Ф-136. Після цього зразок встановлюють на обертовий кристалотримач (швидкість обертання 2 оберти/хв), розміщений в технологічній камері, в якій встановлені джерела УФ випромінювання (ртутні лампи). Включають ртутні лампи і двигун обертання кристалотримача і протягом 1 хвилини проводять лазерну абляцію бокової поверхні обертового зразка CdZnTe. Після цього бокову поверхню зразка продовжують опромінювати ультрафіолетовим випромінюванням протягом 45 хвилин при інтенсивності УФ випромінювання 2 17,7 кВт/м . Потім зразок виймають з камери і вимірюють його вольт-амперні характеристики, 2 UA 71652 U 5 темновий електричний опір і струми витоку, що змінилися в результаті застосування способу, що заявляється. Як показало вимірювання ВАХ зразка CdZnTe, в інтервалі прикладених напружень від -400 В до +400 В вони стали лінійними і симетричними. Застосування способу отримання спектрометричного детектора на основі сполуки CdZnTe, що заявляється, забезпечує отримання високочутливих спектрометричних детекторів рентгенівського і гамма-випромінювання з істотно зменшеною деградацією експлуатаційних характеристик у часі. Наприклад, спектри випромінювання Cs-137 і Аm-241, виміряні CdZnTeдетекторами, виготовленими способом, що заявляється, залишилися (в межах похибки експерименту) практично незмінними через 120 днів після їх виготовлення. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб отримання спектрометричних детекторів на основі сполуки CdZnTe, який включає механічну обробку поверхні, промивання, просушування, видалення порушеного приповерхневого шару шляхом опромінення поверхні зразків послідовністю лазерних імпульсів з довжиною хвилі випромінювання менше 790 нм, тривалістю імпульсів не більше 1,0 мкс, 2 2 середньою щільністю потужності імпульсів 10...70 МВт/см , дозою опромінення 0,25...3,0 Дж/см , нанесення суцільних електричних контактів на протилежні поверхні кристала, отримання захисного шару на бічній поверхні, який відрізняється тим, що порушений приповерхневий шар видаляють шляхом лазерної абляції з усієї поверхні. 3 UA 71652 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4