快速退火制备高性能CdZnTeX射线探测器方法与流程

快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法
技术领域
1.本发明涉及x射线探测器的技术领域，特别是涉及快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法。


背景技术：

2.cd
1-x
zn
x
te(简称为cdznte或czt)是cdte和znte固熔而成的宽禁带ii-vi族化合物半导体晶体，其具有优异的光电性能，可以在室温状态下直接将x射线和γ射线的光子转变为电子，是迄今为止制造室温x射线及γ射线探测器最为理想的半导体材料。由于其具备较高的原子序数、低噪声、高分辨率、可调控禁带宽度及高能量响应率等优势，其对于辐射检测的灵敏度以及准确度远高于传统材料，是能量介于10 kev-1mev之间的硬x射线及γ射线探测的最佳半导体材料。
3.同时，cdznte厚膜凭借其生长周期短、节省原料且方便大面积制备等优势在大面积x射线成像等领域拥有极大的应用前景；然而，目前厚膜探测器在x射线光响应方面，存在响应速度慢、灵敏度低和光电流不稳等问题；因此迫切地需要重新设计一款新的快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明提供了快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法，以解决上述背景技术中提出的技术问题。
5.本发明提供了快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法，该快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法包括以下步骤：s1、cdznte生长源的预处理，选择合格的cdznte生长源，并对cdznte生长源进行预处理动作；s2、cdznte薄膜的生长，设置生长参数在衬底上进行生长动作；s3、cdznte薄膜的划片处理，将经过所述步骤s2处理后的cdznte薄膜经行划片处理；s4、cdznte薄膜退火，将经过划片处理的cdznte薄膜进行退火处理；s5、探测器制备。
6.可选地，在所述步骤s1中，对所述cdznte生长源预处理的具有步骤为：s11、将合格的cdznte生长源进行抛磨动作，直至所述cdznte生长源的厚度为2-3mm；s12、将抛磨合格后的cdznte生长源的生长面朝下放置于容置有水的烧杯内；s13、将容置有cdznte生长源的烧杯放至超声机内超声处理，并保持超声时长为3-5min；s14、重复所述步骤s13；s15、将经过两次超声处理的cdznte生长源烘干，并放至于干燥箱内。
7.可选地，所述步骤s2中cdznte薄膜的生长具体步骤为：s21、采用css生长炉，且css生长炉上加热台用于控制衬底的温度，css生长炉下加热台用于控制cdznte生长源的温度，依次将3mm玻璃板、aln板，掩膜板、cdznte生长源放入下铁架台内；s22、依次将掩膜板、衬底、2mm玻璃板放入上铁架台内；s23、采用真空泵，对css生长炉进行抽真空动作，直至所述
css生长炉内真空度为5pa；s24、上加热台和下加热台达到预设温度后，保温30min；s25、自然降温冷却至室温。
8.可选地，在所述步骤s22内cdznte生长源与衬底之间的距离在3-10mm之间。
9.可选地，在所述步骤s24过程中，所述上加热台预设温度为540℃，所述下加热台预设温度为780℃。
10.可选地，所述步骤s3中对cdznte薄膜样品进行划片处理的具体步骤为：s31、将载物块、树脂陶瓷块和cdznte薄膜样品放置在下加热台上；s32、当所述下加热台温度达到90℃时，在树脂陶瓷块和载物块上均匀涂抹石蜡；s33、将陶瓷块放置在载物块上压紧，并用外界固定工具将cdznte薄膜样品固定在载物台上；s34、将放置有cdznte薄膜样品的载物台放入十字夹具内，并采用线切割机对cdznte薄膜样品进行划片，并保持cdznte薄膜样品切割为12
×
12mm2。
11.可选地，在所述步骤s31中，所述下加热台的温度设置为80-120℃之间。
12.可选地，所述步骤s4中，cdznte薄膜退火的具体步骤为：s41、将玻璃板、aln板、掩膜板、石墨片、石墨圈、经过步骤s3划片处理后的cdznte薄膜样品和cdznte单晶依次放入下铁架台内；s42、在上铁架台内放入玻璃板；s43、待上加热台和下加热台均达到预设温度后，进入保温期，且控制保温期的时长为600s；s44、保温期结束后，自然冷却。
13.可选地，所述上加热台的预设温度为400-600℃，所述下加热台的预设温度为400-600℃。
14.可选地，所述步骤s5中制备探测器的具体步骤为：s51、将经过步骤s4退火处理后物料放入真空蒸镀机内；s52、在5
×
10-3
pa压强下，用真空蒸镀机为物料两面蒸11
×
11mm2au电极；s53、将pcb板放入酒精中超声处理3min，然后将pcb板烘干；s54、用导电胶将步骤s52中处理好的物料粘附在pcb板上；s55、放入烘烤箱内，设定温度为50℃，烘烤40min，从而制得au/n-cdznte/p-gaas/au探测器。
15.本发明的有益效果如下：该快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法包括以下步骤：s1、cdznte生长源的预处理，选择合格的cdznte生长源，并对cdznte生长源进行预处理动作；s2、cdznte薄膜的生长，将预处理过的cdznte薄膜进行生长动作；s3、cdznte薄膜的划片处理，将经过所述步骤s2处理后的cdznte薄膜进行划片处理；s4、cdznte薄膜退火，将经过划片处理的cdznte薄膜进行退火处理；s5、探测器制备，其中，本发明通过各个步骤的配合优化了金半接触特性，获得了光响应特性优异的cdznte成像探测器。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
17.图1是本发明提供的快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法的流程示意图；图2是本发明提供的快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法的cdznte薄膜
退火过程的结构示意图；图3是本发明提供的快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法的490℃快速退火后的cdznte外延膜制成的探测器和对比例未经任何处理制成的探测器分别在-0.1~0.1v下的i-v图；图4是本发明提供的快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法的探测器和对比例未经任何处理得到的探测器在10v反向偏压下的i-t曲线图；附图标记：
18.上加热台-1；上铁架台-2；玻璃板-3；cdznte样品-4；cdznte单晶-5；石墨圈-6；石墨片-7；掩膜板-8；aln板-9；下铁架台-10；下加热台-11；css炉外壁-12。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
21.请参阅图1至图4，本发明的快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法包括以下步骤：s1、cdznte生长源的预处理，选择合格的cdznte生长源，并对cdznte生长源进行预处理动作；s2、cdznte薄膜的生长，设置生长参数在衬底上进行生长动作；s3、cdznte薄膜的划片处理，将经过所述步骤s2处理后的cdznte薄膜进行划片处理；s4、cdznte薄膜退火，将经过划片处理的cdznte薄膜进行退火处理；s5、探测器制备。
22.参阅图3，经计算可得未经任何处理的探测器的电阻率为6.2381
×
10
9 ω
· cm，在490℃下快速退火后的探测器的电阻率为7.5303
×
10
10
ω
·
cm。经快速退火处理将探测器的电阻率提升一个数量级；参阅图4，经过490℃退火的实施例表现为，拥有更小的漏电流，且当光机打开时表现出较稳定的光电流，未经处理的样品上升时间下降时间约为25s和9s，而经490℃退火的样品上升时间下降时间约为2s和3s，上升时间下降时间明显缩短，即表现出对x射线较快的响应速度。
23.在本实施例中，在所述步骤s1中，对所述cdznte生长源预处理的具有步骤为：s11、将合格的cdznte生长源进行抛磨动作，直至所述cdznte生长源的厚度为2-3mm；s12、将抛磨合格后的cdznte生长源的生长面朝下放置于容置有水的烧杯内；s13、将容置有cdznte生长源的烧杯放至超声机内超声处理，并保持超声时长为3-5min；s14、重复所述步骤s13；s15、将经过两次超声处理的cdznte生长源烘干，并放至于干燥箱内。
24.在本实施例中，所述步骤s2中cdznte薄膜的生长具体步骤为：s21、采用css生长炉，且css生长炉上加热台用于控制衬底的温度，css生长炉下加热台用于控制cdznte生长
源的温度，依次将3mm玻璃板、aln板，掩膜板、cdznte生长源放入下铁架台内；s22、依次将掩膜板、衬底、2mm玻璃板放入上铁架台内；s23、采用真空泵，对css生长炉进行抽真空动作，直至所述css生长炉内真空度为5pa；s24、上加热台和下加热台达到预设温度后，保温30min；s25、自然降温冷却至室温。
25.在本实施例中，在所述步骤s22内cdznte生长源与衬底之间的距离在3-10mm之间。
26.在本实施例中，在所述步骤s24过程中，所述上加热台预设温度为540℃，所述下加热台预设温度为780℃。
27.其中，上加热台和下加热台的升温速率均为2℃/min；同时，在升温过程中需要配置有水冷，且水冷的温度为40℃，在保温与降温过程中同样采用水冷，且水冷的温度为15℃。
28.在本实施例中，所述步骤s3中对cdznte薄膜样品进行划片处理的具体步骤为：s31、将载物块、树脂陶瓷块和cdznte薄膜样品放置在下加热台上；s32、当所述下加热台温度达到90℃时，在树脂陶瓷块和载物块上均匀涂抹石蜡；s33、将陶瓷块放置在载物块上压紧，并用外界固定工具将cdznte薄膜样品固定在载物台上；s34、将放置有cdznte薄膜样品的载物台放入十字夹具内，并采用线切割机对cdznte薄膜样品进行划片，并保持cdznte薄膜样品切割为12
×
12mm2。
29.在本实施例中，在所述步骤s31中，所述下加热台的温度设置为80-120℃之间。
30.在本实施例中，所述步骤s4中，cdznte薄膜退火的具体步骤为：s41、将玻璃板、aln板、掩膜板、石墨片、石墨圈、经过步骤s3划片处理后的cdznte薄膜样品和cdznte单晶依次放入下铁架台内；s42、在上铁架台内放入玻璃板；s43、待上加热台和下加热台均达到预设温度后，进入保温期，且控制保温期的时长为600s；s44、保温期结束后，自然冷却。
31.其中，上加热台和下加热台升温的时间为1000s，同时，升温时水冷的温度保持在40℃；并且，在保温与降温阶段水冷为15℃。
32.在本实施例中，所述上加热台的预设温度为400-600℃，所述下加热台的预设温度为400-600℃。
33.在本实施例中，所述步骤s5中制备探测器的具体步骤为：s51、将经过步骤s4退火处理后物料放入真空蒸镀机内；s52、在5
×
10-3
pa压强下，用真空蒸镀机为物料两面蒸11
×
11mm2au电极；s53、将pcb板放入酒精中超声处理3min，然后将pcb板烘干；s54、用导电胶将步骤s52中处理好的物料粘附在pcb板上；s55、放入烘烤箱内，设定温度为50℃，烘烤40min，从而制得au/n-cdznte/p-gaas/au探测器。
34.该快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法包括以下步骤：s1、cdznte生长源的预处理，选择合格的cdznte生长源，并对cdznte生长源进行预处理动作；s2、cdznte薄膜的生长，设置生长参数在衬底上进行生长动作；s3、cdznte薄膜的划片处理，将经过所述步骤s2处理后的cdznte薄膜进行划片处理；s4、cdznte薄膜退火，将经过划片处理的cdznte薄膜进行退火处理；s5、探测器制备，其中，本发明通过各个步骤的配合优化了金半接触特性，减少了生长时间，获得了光响应特性优异的cdznte成像探测器。
35.以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、cdznte生长源的预处理，选择合格的cdznte生长源，并对cdznte生长源进行预处理动作；s2、cdznte薄膜的生长，设置生长参数在衬底上进行生长动作；s3、cdznte薄膜的划片处理，将经过所述步骤s2处理后的cdznte薄膜进行划片处理；s4、cdznte薄膜退火，将经过划片处理的cdznte薄膜进行退火处理；s5、探测器制备。2.根据权利要求1所述的快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法，其特征在于，在所述步骤s1中，对所述cdznte生长源预处理的具有步骤为：s11、将合格的cdznte生长源进行抛磨动作，直至所述cdznte生长源的厚度为2-3mm；s12、将抛磨合格后的cdznte生长源的生长面朝下放置于容置有水的烧杯内；s13、将容置有cdznte生长源的烧杯放至超声机内超声处理，并保持超声时长为3-5min；s14、重复所述步骤s13；s15、将经过两次超声处理的cdznte生长源烘干，并放至于干燥箱内。3.根据权利要求1所述的快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法，其特征在于，所述步骤s2中cdznte薄膜的生长具体步骤为：s21、采用css生长炉，且css生长炉上加热台用于控制衬底的温度，css生长炉下加热台用于控制cdznte生长源的温度，依次将3mm玻璃板、aln板，掩膜板、cdznte生长源放入下铁架台内；s22、依次将掩膜板、衬底、2mm玻璃板放入上铁架台内；s23、采用真空泵，对css生长炉进行抽真空动作，直至所述css生长炉内真空度为5pa；s24、上加热台和下加热台达到预设温度后，保温30min；s25、自然降温冷却至室温。4.根据权利要求3所述的快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法，其特征在于，在所述步骤s22内cdznte生长源与衬底之间的距离在3-10mm之间。5.根据权利要求3所述的快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法，其特征在于，在所述步骤s24过程中，所述上加热台预设温度为540℃，所述下加热台预设温度为780℃。6.根据权利要求1所述的快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法，其特征在于，所述步骤s3中对cdznte薄膜进行划片处理的具体步骤为：s31、将载物块、树脂陶瓷块和cdznte薄膜样品放置在下加热台上；s32、当所述下加热台温度达到90℃时，在树脂陶瓷块和载物块上均匀涂抹石蜡；s33、将陶瓷块放置在载物块上压紧，并用外界固定工具将cdznte薄膜样品固定在载物台上；s34、将放置有cdznte薄膜样品的载物台放入十字夹具内，并采用线切割机对cdznte薄膜样品进行划片，并保持cdznte薄膜样品切割为12
×
12mm2。7.根据权利要求6所述的快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法，其特征在于，在所述步骤s31中，所述下加热台的温度设置为80-120℃之间。8.根据权利要求1所述的快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法，其特征在于，
所述步骤s4中，cdznte薄膜退火的具体步骤为：s41、将玻璃板、aln板、掩膜板、石墨片、石墨圈、经过步骤s3划片处理后的cdznte薄膜样品和cdznte单晶依次放入下铁架台内；s42、在上铁架台内放入玻璃板；s43、待上加热台和下加热台均达到预设温度后，进入保温期，且控制保温期的时长为600s；s44、保温期结束后，自然冷却。9.根据权利要求8所述的快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法，其特征在于，所述上加热台的预设温度为400-600℃，所述下加热台的预设温度为400-600℃。10.根据权利要求1所述的快速退火制备高性能cdznte x射线探测器方法，其特征在于，所述步骤s5中制备探测器的具体步骤为：s51、将经过步骤s4退火处理后物料放入真空蒸镀机内；s52、在5
×
10-3
pa压强下，用真空蒸镀机为物料两面蒸11
×
11mm2au电极；s53、将pcb板放入酒精中超声处理3min，然后将pcb板烘干；s54、用导电胶将步骤s52中处理好的薄膜样品粘附在pcb板上；s55、放入烘烤箱内，设定温度为50℃，烘烤40min，从而制得au/n-cdznte/p-gaas/au探测器。

技术总结
本发明提供了快速退火制备高性能CdZnTe X射线探测器方法。该快速退火制备高性能CdZnTe X射线探测器方法包括以下步骤：S1、CdZnTe生长源的预处理，选择合格的CdZnTe生长源，并对CdZnTe生长源进行预处理动作；S2、CdZnTe薄膜的生长，设置生长参数在衬底上进行生长动作；S3、CdZnTe薄膜的划片处理，将经过所述步骤S2生长后的CdZnTe薄膜经行划片处理；S4、CdZnTe薄膜退火，将经过划片处理的CdZnTe薄膜进行退火处理；S5、探测器制备，其中，本发明通过各个步骤的配合优化了金半接触特性，减少了生长时间，获得了光响应特性优异的CdZnTe成像探测器。成像探测器。成像探测器。


技术研发人员：曹昆 姜然 查钢强 李颖锐 刘佳虎 刘宇
受保护的技术使用者：深圳翱翔锐影科技有限公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/24