自支撑CdZnTe薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自支撑CdZnTe薄膜的制备方法，采用近空间升华方法，通过对沉积后的薄膜进行后处理，来分离薄膜与衬底，获取连续平整的样品。本发明专利技术工艺以CdZnTe单晶切片为升华源，通过表面处理获得理想的欧姆电极接触。该方法具有工艺简单、成本更低、可重复性高等特点，可以制备不受衬底尺寸限制，灵活应用于大面积、低漏电流的辐射探测器的薄膜，有望使得辐射探测器的制造技术更加简便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无机非金属薄膜晶体材料的制备方法，特别是涉及一种半导体薄膜晶体材料的制备方法，应用于光伏器件、光电探测、像素探测器以及高能辐射探测器等电子元器件

技术介绍
碲锌镉(CdZnTe)是直接带隙的 -族化合物半导体，该种材料由于具有较高的平均原子序数和较大的禁带宽度，所以具有较大的吸收系数。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薄膜在光伏器件、光电探测、像素探测器以及高能辐射探测器等方面拥有广阔的应用前景。相比于CdZnTe晶体探测器，CdZnTe薄膜的制备技术更简单，成本更低，容易成批生产。CdZnTe薄膜可由化学气相沉积等化学方法制备，也可通过热蒸发、磁控溅射、近空间升华法等物理气相沉积得到。在这些薄膜制备方法中，近空间升华法是最有前途的一种方法，这种方法成本低、速度快、质量好，适用于大面积沉积薄膜。采用近空间升华法制备的CdZnTe薄膜是多晶薄膜，可以通过改变制备的条件来获得表面平整，电阻率相对较高的CdZnTe薄膜。采用近空间升华法制备的CdZnTe薄膜主要沉积在普通玻璃、FTO或者ITO涂层的玻璃或者单晶硅片上，这些衬底在一定程度上限制了CdZnTe薄膜的尺寸以及在实际器件应用。
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，提供一种自支撑CdZnTe薄膜的制备方法，采用近空间升华方法制备CdZnTe薄膜后，再进行后处理，将薄膜与衬底分离，获得自支撑的CdZnTe薄膜，给CdZnTe薄膜在光电探测设备中的实际应用提供了更加灵活和有效的技术方案。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用下述技术方案：一种自支撑CdZnTe薄膜的制备方法，包括如下过程和步骤：a. CdZnTe单晶升华源的准备：将高纯Cd、Zn、Te放入石英管中，其中锌的摩尔含量为2~20%，在真空环境下，采用移动加热法生长出CdZnTe单晶体，将生长好的晶体切片作为升华源；b. 衬底预处理：采用钠钙玻璃作为衬底，将衬底分别用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗5～20分钟，洗去衬底表面的杂质与有机物，烘干后放入近空间升华反应室内；c. CdZnTe薄膜生长过程：控制近空间升华反应室内气压至1Pa以下，将在步骤a中制备的升华源加热到500~650℃，并将在步骤b中得到处理后的衬底加热到150~550℃，在衬底上进行CdZnTe薄膜生长30~180min，制备厚度为50-500mm的CdZnTe薄膜，然后将CdZnTe薄膜样品冷却至室温， 并将CdZnTe薄膜样品从近空间升华反应室内取出；优选地，将在步骤a中制备的升华源加热到650℃，并将在步骤b中得到处理后的衬底加热到200~300℃，在衬底上进行CdZnTe薄膜生长120min，制备厚度为90-115mm的CdZnTe薄膜；d.  CdZnTe薄膜的剥离：将在步骤b中制备的CdZnTe薄膜样品浸没在质量百分比为1~10%的过氧化氢溶液中，静置或用超声清洗仪器超声5~15min，再取出CdZnTe薄膜样品并在60℃干燥箱中干燥3~5h，然后轻触CdZnTe薄膜边缘，使CdZnTe薄膜从衬底上剥离；e. CdZnTe薄膜的再次粘附：用胶黏剂将在步骤d中剥离的CdZnTe薄膜再粘附在基底上，使CdZnTe薄膜转移到基底上所需使用的位置处，得到CdZnTe薄膜基片；胶黏剂优选采用丙烯酸类胶黏剂、有机硅类胶黏剂或导电树脂胶黏剂；f. CdZnTe薄膜基片退火及腐蚀：配制浓度为0.1~0.5%的溴甲醇溶液，将在步骤e中的CdZnTe薄膜基片放入气压为1Pa以下的真空升华腔中，在200~350°C下退火20~60min，然后将退火后的CdZnTe薄膜基片浸入溴甲醇溶液腐蚀10~60s，腐蚀后的样品用去离子水清洗后再用氮气吹干；g. 制备欧姆接触电极及后退火：采用离子溅射仪向在步骤f中干燥后的CdZnTe薄膜表面沉积金属电极，在CdZnTe薄膜表面放置孔洞直径为1mm的圆形电极掩膜版，控制溅射离子流为1~5mA，溅射时间10~30min；在完成金属电极制备后，再在1Pa以下的真空环境中退火中并在200~350°C下退火10~30min；金属电极优选采用金电极；h. 器件的剥离：将在步骤g中退火后的CdZnTe薄膜基片样品浸泡在丙酮中10min，将CdZnTe薄膜与基片之间的胶黏剂溶解，使CdZnTe薄膜与基片之间分离，然后取出CdZnTe薄膜样品在60℃下干燥4h，最终得到结合有欧姆接触电极功能层的自支撑CdZnTe薄膜。在步骤e中，胶黏剂采用丙烯酸类胶黏剂、有机硅类胶黏剂或导电树脂胶黏剂。金属电极采用金电极。本专利技术基于近空间升华技术，通过对沉积后的薄膜进行后处理，来分离薄膜与衬底，获取连续平整的样品。该工艺以CdZnTe单晶切片为升华源，用过氧化氢溶液为剥离样品，并通过一些表面处理获得理想的欧姆电极接触。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. 本专利技术采用近空间升华法(CSS)是一种实用性CdZnTe薄膜生长的工艺，获得自支撑的薄膜，适于在CdTe薄膜制备上已经得到应用，并可以制作成为可粘附性器件，近空间升华法CdZnTe薄膜制备工艺相比CdZnTe单晶生长工艺简单、成本更低、可大面积制备、批量生长可行性高；2. 本专利技术剥离薄膜的方法简单，可操作性及可重复性高，能获得连续完整的CdZnTe薄膜，并可以用普通胶黏剂或者导电树脂胶黏剂将CdZnTe薄膜粘附在所需使用的位置的基底上，这使得CdZnTe薄膜的位置及大小灵活可变，使得该种样品更适合应用于辐射探测器件，同时，这不影响在CdZnTe薄膜表面通过退火以及腐蚀等工艺获得良好的欧姆接触电极。附图说明图1是本专利技术实施例一沉积制备的 CdZnTe 薄膜样品结构示意图。图2是本专利技术实施例一剥离 CdZnTe 薄膜的示意图。图3是本专利技术实施例一制备CdZnTe薄膜制备的辐射探测器对X射线的IV响应图谱。具体实施方式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～图3，一种自支撑CdZnTe薄膜的制备方法，包括如下过程和步骤：a. CdZnTe单晶升华源的准备：将高纯Cd、Zn、Te放入石英管中，其中锌的摩尔含量为4%，在真空环境下，采用移动加热法生长出质量好、成分分布相对均匀的CdZnTe单晶体，将生长好的晶体切片作为升华源；b. 衬底预处理：采用钠钙玻璃作为衬底，将衬底2分别用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗15分钟，洗去衬底2表面的杂质与有机物，烘干后放入近空间升华反应室内；c. CdZnTe薄膜生长过程：开机械泵抽真空，将近空间升华反应室内气压抽至1Pa以下后，关闭机械泵，将在步骤a中制备的升华源加热到650℃，并将在步骤b中得到处理后的衬底2加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自支撑CdZnTe薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下过程和步骤：a. CdZnTe单晶升华源的准备：将高纯Cd、Zn、Te放入石英管中，其中锌的摩尔含量为2~20%，在真空环境下，采用移动加热法生长出CdZnTe单晶体，将生长好的晶体切片作为升华源；b. 衬底预处理：采用钠钙玻璃作为衬底，将衬底分别用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗5～20分钟，洗去衬底表面的杂质与有机物，烘干后放入近空间升华反应室内；c. CdZnTe薄膜生长过程：控制近空间升华反应室内气压至1Pa以下，将在所述步骤a中制备的升华源加热到500~650℃，并将在所述步骤b中得到处理后的衬底加热到150~550℃，在衬底上进行CdZnTe薄膜生长30~180min，制备厚度为50‑500mm的CdZnTe薄膜，然后将CdZnTe薄膜样品冷却至室温， 并将CdZnTe薄膜样品从近空间升华反应室内取出；d.  CdZnTe薄膜的剥离：将在所述步骤b中制备的CdZnTe薄膜样品浸没在质量百分比为1~10%的过氧化氢溶液中，静置或用超声清洗仪器超声5~15min，再取出CdZnTe薄膜样品并在60℃干燥箱中干燥3~5h，然后轻触CdZnTe薄膜边缘，使CdZnTe薄膜从衬底上剥离；e. CdZnTe薄膜的再次粘附：用胶黏剂将在所述步骤d中剥离的CdZnTe薄膜再粘附在基底上，使CdZnTe薄膜转移到基底上所需使用的位置处，得到CdZnTe薄膜基片；f. CdZnTe薄膜基片退火及腐蚀：配制浓度为0.1~0.5%的溴甲醇溶液，将在所述步骤e中的CdZnTe薄膜基片放入气压为1Pa以下的真空升华腔中，在200~350°C下退火20~60min，然后将退火后的CdZnTe薄膜基片浸入溴甲醇溶液腐蚀10~60s，腐蚀后的样品用去离子水清洗后再用氮气吹干；g. 制备欧姆接触电极及后退火：采用离子溅射仪向在所述步骤f中干燥后的CdZnTe薄膜表面沉积金属电极，在CdZnTe薄膜表面放置孔洞直径为1mm的圆形电极掩膜版，控制溅射离子流为1~5mA，溅射时间10~30min；在完成金属电极制备后，再在1Pa以下的真空环境中退火中并在200~350°C下退火10~30min；h. 器件的剥离：将在步骤g中退火后的CdZnTe薄膜基片样品浸泡在丙酮中10min，将CdZnTe薄膜与基片之间的胶黏剂溶解，使CdZnTe薄膜与基片之间分离，然后取出CdZnTe薄膜样品在60℃下干燥4h，最终得到结合有欧姆接触电极功能层的自支撑CdZnTe薄膜。...

【技术特征摘要】
1.一种自支撑CdZnTe薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下过程和步骤：
a. CdZnTe单晶升华源的准备：将高纯Cd、Zn、Te放入石英管中，其中锌的摩尔含量为2~20%，在真空环境下，采用移动加热法生长出CdZnTe单晶体，将生长好的晶体切片作为升华源；
b. 衬底预处理：采用钠钙玻璃作为衬底，将衬底分别用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗5～20分钟，洗去衬底表面的杂质与有机物，烘干后放入近空间升华反应室内；
c. CdZnTe薄膜生长过程：控制近空间升华反应室内气压至1Pa以下，将在所述步骤a中制备的升华源加热到500~650℃，并将在所述步骤b中得到处理后的衬底加热到150~550℃，在衬底上进行CdZnTe薄膜生长30~180min，制备厚度为50-500mm的CdZnTe薄膜，然后将CdZnTe薄膜样品冷却至室温， 并将CdZnTe薄膜样品从近空间升华反应室内取出；
d.  CdZnTe薄膜的剥离：将在所述步骤b中制备的CdZnTe薄膜样品浸没在质量百分比为1~10%的过氧化氢溶液中，静置或用超声清洗仪器超声5~15min，再取出CdZnTe薄膜样品并在60℃干燥箱中干燥3~5h，然后轻触CdZnTe薄膜边缘，使CdZnTe薄膜从衬底上剥离；
e. CdZnTe薄膜的再次粘附：用胶黏剂将在所述步骤d中剥离的CdZnTe薄膜再粘附在基底上，使CdZnTe薄膜转移到基底上所需使用的位置处，得到CdZnTe薄膜基片；
f. CdZnTe薄膜基片退火及腐蚀：配制浓度为0.1~0.5%的溴甲醇溶液，将在所述步骤e中的C...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶骏，张月璐，徐文强，徐海涛，徐闰，张继军，黄健，王林军，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31