采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器及其制备方法，该辐射探测器采用电极‑半导体‑电极三明治器件结构，即依次由氧化锌基导电氧化物薄膜电极、碲锌镉和氧化锌基导电氧化物薄膜电极三部分层叠组装的结构。本发明专利技术采用氧化锌基导电氧化物薄膜电极代替传统的金属电极。与传统碲锌镉辐射探测器相比，氧化锌基导电氧化物薄膜电极导电性能良好，在碲锌镉表面的附着力远高于金属，接触电阻更低，可靠性更高，大大提高了探测器的稳定性和使用寿命。本探测器可广泛应用于核医学，航空航天以及安全防护等众多辐射监测领域。对于公共安全、军事、核工业、核医学、科学研究以及航空航天等领域辐射监控、安全防护方面具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器及其制备方法
本专利技术涉及一种碲锌镉材料器件及其制备方法，特别是一种碲锌镉辐射探测器及其制备方法，应用于无机半导体辐射探测器

技术介绍
碲锌镉，CdZnTe，简称CZT，是一种重要的化合物半导体材料，可以用来探测高能γ射线和X射线。与硅(Si)、锗(Ge)等常规半导体相比，CZT具有较高的平均原子序数、密度以及较大的禁带宽度，是制备室温化合物半导体辐射探测器的良好材料。这些特点使CZT探测器具有体积小、探测效率高、室温下的暗电流较低的优势。基于CZT的辐射探测器具有广泛的应用领域，在基础科学、安全检测、空间研究、医疗诊断以及工业探伤等领域提供了新的探测技术途径。CZT辐射探测器的性能除了取决于CZT的晶体质量以外，还与CZT器件的电极接触有关。目前CZT辐射探测器一般采用金属电极，如金、金/钛复合电极等。但是由于CZT的高电阻和高功函数，它很难与金属电极形成良好的欧姆接触。另一方面，一般金属电极在CZT表面的附着力差，金、钛等金属与CZT的热膨胀系数相差较大，这些问题造成器件长时间使用时电极容易脱落，器件寿命受到影响。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器及其制备方法，在碲锌镉晶体材料表面采用磁控溅射法制备高电导率的掺杂氧化锌薄膜电极，从而为实现一种基于氧化锌基导电薄膜电极的高稳定性CZT辐射探测器的制备提供了有效方法。本专利技术制备的辐射探测器对于公共安全、军事、核工业、核医学、科学研究以及航空航天等领域辐射监控、安全防护方面具有重要意义和应用前景。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器，所述碲锌镉辐射探测器结构采用电极-半导体-电极的三明治器件结构的组合形式，依次由氧化锌基导电氧化物薄膜电极、碲锌镉和氧化锌基导电氧化物薄膜电极三部分进行层叠组装结合的器件结构。优选上述碲锌镉辐射探测器的氧化锌基导电氧化物薄膜电极的厚度为10～5000nm。进一步优选上述碲锌镉辐射探测器的氧化锌基导电氧化物薄膜电极的厚度为200～300nm。作为本专利技术优选的技术方案，上述碲锌镉辐射探测器的氧化锌基导电氧化物薄膜电极材料中掺入如铝、镓、硼和铟中的任意一种元素或任意几种混合元素的掺杂材料，按照掺入元素材料的质量相对于氧化锌基导电氧化物薄膜总质量的质量百分比作为元素掺杂量计算方法，元素掺杂量为1～30wt.％。进一步优选元素掺杂量为3～10wt.％。优选上述碲锌镉材料表面采用平整光滑表面，作为碲锌镉和氧化锌基导电氧化物薄膜电极结合的界面。作为本专利技术优选的技术方案，碲锌镉晶体材料的一侧的氧化锌基导电氧化物薄膜电极具有图案化形式，图形化的氧化锌基导电氧化物薄膜电极的形状为方形或者圆形，或者氧化锌基导电氧化物薄膜电极的平面分布形式采用方形阵列或者圆形阵列形式。一种本专利技术采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器的制备方法，包括如下步骤：(1)选取碲锌镉晶体材料，采用不高于的0.03μm颗粒度的氧化铝抛光粉对碲锌镉晶体材料的上下两个表面分别进行机械抛光，直至表面完全平整，呈现镜面效果，然后将抛光后的碲锌镉晶体材料在丙酮、乙醇和去离子水中分别超声清洗至少15分钟后，用高纯氮气吹干，得到洁净干燥的碲锌镉晶体材料，备用；(2)采用磁控溅射方法，在所述步骤(1)中所得的洁净干燥的碲锌镉晶体材料的下表面上生长厚度为10～5000nm的氧化锌基导电氧化物薄膜电极；所用靶材为掺入如铝、镓、硼和铟中的任意一种元素或任意几种混合元素的氧化锌靶，按照掺入元素材料的质量相对于所制备的氧化锌基导电氧化物薄膜电极总质量的质量百分比作为元素掺杂量计算方法，元素掺杂量为1～30wt.％；(3)采用磁控溅射方法，在所述步骤(2)中所得的单侧氧化锌基导电氧化物薄膜电极的碲锌镉晶体材料的上表面上生长图形化的厚度为10～5000nm的氧化锌基导电氧化物薄膜电极，所用靶材为掺入如铝、镓、硼和铟中的任意一种元素或任意几种混合元素的氧化锌靶，按照掺入元素材料的质量相对于所制备的氧化锌基导电氧化物薄膜电极总质量的质量百分比作为元素掺杂量计算方法，元素掺杂量为1～30wt.％；作为本专利技术优选的技术方案，碲锌镉晶体材料的上表面上结合组装的图形化的氧化锌基导电氧化物薄膜电极的形状为方形或者圆形，或者氧化锌基导电氧化物薄膜电极的平面分布形式采用方形阵列或者圆形阵列形式；(4)通过所述步骤(3)，最终得到依次由氧化锌基导电氧化物薄膜电极、碲锌镉和氧化锌基导电氧化物薄膜电极三部分进行层叠组装结合的器件结构，从而形成碲锌镉辐射探测器器件结构。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.传统CZT辐射探测器一般采用金属电极，如金、金/钛复合电极等，而本专利技术采用氧化锌基TCO薄膜电极代替传统的金属电极，与传统碲锌镉辐射探测器相比，本专利技术采用氧化锌基TCO薄膜电极导电性能良好，在CZT表面的附着力远高于金属，接触电阻更低，可靠性更高，大大提高了探测器的稳定性和使用寿命；2.本专利技术采用磁控溅射方法制备氧化锌基TCO薄膜电极，结晶质量良好，附着力强，电导率高，磁控溅射方法批量生长成本低，速度快，质量稳定，非常适用于导电薄膜电极的制备。附图说明图1为本专利技术实施例一采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器的结构原理示意图。图2为本专利技术实施例一制备的采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器在60KeV241Amγ源辐照下测试的脉冲高度谱图。具体实施方式以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本专利技术的优选实施例详述如下：实施例一：在本实施例中，参见图1，一种采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器，所述碲锌镉辐射探测器结构采用电极-半导体-电极的三明治器件结构的组合形式，依次由氧化锌基TCO薄膜电极、CZT和氧化锌基TCO薄膜电极三部分进行层叠组装结合的器件结构。碲锌镉辐射探测器的氧化锌基TCO薄膜电极的厚度分别为300nm。碲锌镉辐射探测器的氧化锌基TCO薄膜电极材料中掺入铝元素材料，按照掺入元素材料的质量相对于氧化锌基导电氧化物薄膜总质量的质量百分比作为元素掺杂量计算方法，铝元素掺杂量为10wt.％。碲锌镉材料表面采用平整光滑表面，作为CZT和氧化锌基TCO薄膜电极结合的界面。CZT晶体材料的一侧的氧化锌基TCO薄膜电极具有图案化形式，图形化的氧化锌基TCO薄膜电极的平面分布形式采用2×2方形阵列，每块氧化锌基TCO薄膜电极块的尺寸为2mm×2mm的正方形电极。一种本实施例采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器的制备方法，包括如下步骤：(1)选取CZT晶体材料，采用0.03μm颗粒度的氧化铝抛光粉对CZT晶体材料的上下两个表面分别进行机械抛光1h，直至表面完全平整，呈现镜面效果，然后将抛光后的CZT晶体材料在丙酮、乙醇和去离子水中分别超声清洗15分钟后，用高纯氮气吹干，得到洁净干燥的CZT晶体材料，备用；(2)采用磁控溅射方法，在所述步骤(1)中所得的洁净干燥的CZT晶体材料的下表面上生长氧化锌基TCO薄膜电极；所用靶材为掺铝掺杂的氧化锌靶(AZO)，按照掺入元素材料的质量相对于所制备的氧化锌基TCO薄膜电极总质量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器，其特征在于：所述碲锌镉辐射探测器结构采用电极‑半导体‑电极的三明治器件结构的组合形式，依次由氧化锌基导电氧化物薄膜电极、碲锌镉和氧化锌基导电氧化物薄膜电极三部分进行层叠组装结合的器件结构。

【技术特征摘要】
1.一种采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器，其特征在于：所述碲锌镉辐射探测器结构采用电极-半导体-电极的三明治器件结构的组合形式，依次由氧化锌基导电氧化物薄膜电极、碲锌镉和氧化锌基导电氧化物薄膜电极三部分进行层叠组装结合的器件结构。2.根据权利要求1所述采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器，其特征在于：所述碲锌镉辐射探测器的氧化锌基导电氧化物薄膜电极的厚度为10～5000nm。3.根据权利要求2所述采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器，其特征在于：所述碲锌镉辐射探测器的氧化锌基导电氧化物薄膜电极的厚度为200～300nm。4.根据权利要求1所述采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器，其特征在于：所述碲锌镉辐射探测器的氧化锌基导电氧化物薄膜电极材料中掺入如铝、镓、硼和铟中的任意一种元素或任意几种混合元素的掺杂材料，按照掺入元素材料的质量相对于氧化锌基导电氧化物薄膜总质量的质量百分比作为元素掺杂量计算方法，元素掺杂量为1～30wt.％。5.根据权利要求2所述采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器，其特征在于：元素掺杂量为3～10wt.％。6.根据权利要求1所述采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器，其特征在于：所述的碲锌镉材料表面采用平整光滑表面，作为碲锌镉和氧化锌基导电氧化物薄膜电极结合的界面。7.根据权利要求1所述采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器，其特征在于：碲锌镉晶体材料的一侧的氧化锌基导电氧化物薄膜电极具有图案化形式，图形化的氧化锌基导电氧化物薄膜电极的形状为方形或者圆形，或者氧化锌基导电氧化物薄膜电极的平面分布形式采用方形阵列或者圆形阵列形式。8.一种权利要求1所述采用氧化锌导电电极的碲锌镉辐射探测器的制备方法，其特征在于，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄健，李冰，马云诚，胡艳，邹天宇，唐可，于舜杰，黄浩斐，王林军，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31