CdZnTe晶体欧姆接触薄膜电极的制备工艺与性能研究

摘要

20世纪90年代中后期,发现CdZnTe晶体是X射线及γ射线探测最优秀的材料.与传统的碘化钠闪烁体探头相比,CdZnTe探头具有很高的探测效率和能量分辨率,可广泛用于安检、工业探伤、医学诊断、天体X射线望远镜等方面.制备CdZnTe探测器最关键的技术之一就是在CdZnTe表面制备出欧姆接触薄膜电极.关于在Cd<,1-x>Zn<,x>Te晶体表面制备接触电极用导电薄膜,大都是采用蒸发镀膜技术,膜层与CdZnTe晶体结合不很牢固.本研究主要开展了在CdZnTe晶体上欧姆接触电极的设计选材和磁控溅射方法制备导电薄膜的工艺研究,为CdZnTe探测器的制备奠定工艺技术基础.取得的主要成果如下:理论分析了金属与Cd<,1-x>Zn<,x>Te半导体的接触关系,给出了对金属与半导体形成欧姆接触产生影响的主要因素:金属、半导体的功函数和半导体表面态,以及这两种影响因素对接触电阻的影响规律.同时对欧姆接触电阻进行了理论计算分析.根据影响因素和计算公式分析,选择Cu/Ag合金作为电极薄膜材料并设计出电极结构.在JGP560C型超高真空多功能磁控溅射镀膜机上,采用直流磁控溅射法在CdZnTe晶体上制备出Cu/Ag合金薄膜,揭示了气体流量、直流溅射功率、励磁电源功率、工作气压和衬底温度等工艺参数对沉积速率的影响规律.结果表明溅射功率对沉积速率的影响最大,随溅射功率的增大沉积速率快速增大.射频磁控溅射法可获得高纯的Cu/Ag膜,分析了直流磁控溅射法制备的Cu/Ag薄膜中存在杂质的原因.薄膜的电阻率受膜厚、薄膜结构特别是杂质的影响很大.研究了溅射功率、衬底温度和气体流量对Cu/Ag薄膜与CdZnTe衬底的附着性能的影响,发现溅射功率增大对薄膜的附着性能有积极作用.

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

1.1研究背景

1.2导电薄膜

1.2.1各类导电薄膜的性能

1.2.2导电薄膜的应用

1.3半导体电极的制备

1.4 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体欧姆接触的研究进展

1.4.1 Cd1-xZnxTe晶体欧姆接触的研究进展

1.4.2其它Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体欧姆接触的研究进展

1.5本文的主要研究内容

1.6本章小结

第二章金属与Cd1-xZnxTe半导体的欧姆接触

2.1金属与半导体的欧姆接触

2.1.1金属和半导体的功函数对形成欧姆接触的影响

2.1.2表面态对形成欧姆接触的影响

2.2欧姆接触电阻的理论计算分析

2.3 Cd1.xZnxTe晶体欧姆接触电极材料的选择与结构

2.3.1电极材料的选择

2.3.2薄膜电极的结构

2.4本章小结

第三章工艺实验方法及内容

3.1直流二极磁控溅射镀膜的基本原理

3.1.1溅射镀膜

3.1.2二极溅射

3.1.3磁控溅射

3.2实验装置

3.3工艺过程

3.3.1实验材料

3.3.2工艺流程

3.3.3工艺参数选择

3.4薄膜分析测试

3.4.1薄膜厚度测定

3.4.2欧姆接触的测试原理与方法

3.5本章小结

第四章实验结果及分析

4.1工艺参数对沉积速率的影响规律

4.1.1溅射功率对沉积速率的影响

4.1.2 Ar气流量对沉积速率的影响

4.1.3衬底温度对沉积速率的影响

4.1.4工作气压对沉积速率的影响

4.1.5励磁电源功率对沉积速率的影响

4.2薄膜成分分析

4.3 Cu/Ag薄膜的电阻率

4.4薄膜电极的附着性能

4.4.1溅射功率对薄膜附着性能的影响

4.4.2衬底温度对薄膜附着性能的影响

4.4.3气体流量对薄膜附着性能的影响

4.5本章小结

结论

参考文献

致谢

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