本发明专利技术公开了一种在GaAs单晶衬底上制备CdZnTe外延膜的方法，用于解决现有制备CdZnTe外延膜的方法制备的CdZnTe外延膜质量差的技术问题。技术方案是在生长之前，对GaAs衬底进行化学腐蚀、预加热处理。再将准备好的CdZnTe生长源与GaAs衬底放入生长腔室，调整好源与衬底之间的距离，抽真空，并充入Ar至目标压强，开启加热系统升温，待沉积完成后停止加热。通过在生长结束后的降温过程中引入挡板来抑制源向衬底的继续传质，有利于提高薄膜的致密度，降低粗糙度。采用叠层生长方式生长更厚的CdZnTe膜。通过在GaAs上沉积ZnTe作为缓冲层来减小晶格失配度，提高了外延膜的质量。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，用于解决现有制备CdZnTe外延膜的方法制备的CdZnTe外延膜质量差的技术问题。技术方案是在生长之前，对GaAs衬底进行化学腐蚀、预加热处理。再将准备好的CdZnTe生长源与GaAs衬底放入生长腔室，调整好源与衬底之间的距离，抽真空，并充入Ar至目标压强，开启加热系统升温，待沉积完成后停止加热。通过在生长结束后的降温过程中引入挡板来抑制源向衬底的继续传质，有利于提高薄膜的致密度，降低粗糙度。采用叠层生长方式生长更厚的CdZnTe膜。通过在GaAs上沉积ZnTe作为缓冲层来减小晶格失配度，提高了外延膜的质量。【专利说明】
本专利技术涉及一种制备CdZnTe外延膜的方法，特别是涉及一种在GaAs单晶衬底上 制备CdZnTe外延膜的方法。
技术介绍
CdZnTe材料具有平均原子序数高、禁带宽度大、电阻率高、漏电流和噪声低、本征 μ τ值较高等优点，是制备室温核辐射探测器的理想材料，被广泛应用于天体物理、环境 监测、核安全和医学成像等领域。不断提高的像素探测器规模对CdZnTe晶体尺寸提出了更 高的要求，然而大尺寸CdZnTe单晶存在结构缺陷多、成分不均匀、制备难度大、成本高等问 题。相比之下，CdZnTe薄膜耗材少、节约成本且易于大面积制备，使其在大面积辐射探测器 上的应用受到越来越多的关注。 制备CdZnTe外延膜的方法主要有分子束外延法、热壁外延法、金属有机物气相外 延法和近空间升华法（CSS)等。分子束外延法和热壁外延法生长速率低，而金属有机物化 学气相沉积法生长速率虽然高，但需要大量价格昂贵且有毒的金属有机化合物原料。相 比之下，近空间升华法（CSS)的生长设备和源材料相对廉价且生长速率快，适合快速制备 CdZnTe外延厚膜。 然而，由于CSS工艺中生长速率快，因而用于外延CdZnTe膜时质量和均匀性不易 控制。（l)CdZnTe三元化合物不能实现同质升华，Zn的蒸气压及黏附系数较Cd低，因此 (MZnTe 膜中 Zn 易缺失。Dhere 等（R. Dhere, T. Gessert, J. Zhou et al. Investigation of CdZnTe for Thin-Film Tandem Solar Cell Applications. 2003 Materials Research Society Spring Meeting. San Francisco, California, 2003:1-6.)米用 CSS 法在 FT0 玻璃上制备CdZnTe薄膜，当使用ZnTe:CdTe为95:5的混合粉末为源时，所得到的薄膜 依然不含Zn，当使用CdO. 25ZnO. 75Te化合物粉末为源时，所得到的薄膜中Zn含量仅 为 5 % 左右。（2)Tobenas 等(S. Tobenas, E. M. Larramendi, E. Puron et al. Growth of Cdl-xZnxTe epitaxial layers by isothermal closed space sublimation. J. Cryst. Growth. 2002, 234:311-317.)在其改良的CSS设备中使衬底周期性与Cd、Te及Zn元素接 触，以类似原子层外延的方式生长CdZnTe外延膜。这种方法的优点在于膜中成分易于控 制，但其生长速率慢。（3)依Zn含量的不同，CdZnTe与GaAs衬底的晶格失配在7. 88% 与14. 6%之间变化。大的晶格失配使得外延CdZnTe时，易发生二重取向（Dual epitaxy) 及出现多丘形貌（Hillocks)。二重取向是指，以（OOl)GaAs衬底为例，CdZnTe外延膜可 能为（001)取向、（111)取向或者（001)及（111)取向同时存在。Jiang Brinkman, B. Cantwell et al. Growth of Thick Epitaxial CdTe Films by Close Space Sublimation. J. Electron. Mater. 2009, 38:1548-1553.)采用改进的 CSS 设备在 GaAs 衬底 上生长CdTe外延膜。采用了两步法工艺，即在生长初期以较慢的速率生长，以提供更好的 形核条件，之后提高速率以提高薄膜的生长效率。然而，所得到的膜依然难以克服CdZnTe 膜生长中易存在的小丘（Hillocks)及二重取向（Dual epitaxy)等问题。
技术实现思路
为了克服现有制备CdZnTe外延膜的方法制备的CdZnTe外延膜质量差的不足，本 专利技术提供一种。该方法所用生长源为采用 垂直布里奇曼法生长的CdZnTe晶锭在切去单晶后余下的CdZnTe多晶化合物块料，在生长 之前，GaAs衬底经过化学腐蚀、预加热处理。再将准备好的CdZnTe生长源与GaAs衬底放 入生长腔室，调整好源与衬底之间的距离，关闭炉门，抽真空，并以高纯Ar反复清洗生长腔 室以去除残留空气，充入Ar至目标压强，开启加热系统升温，待沉积完成后停止加热。通 过在生长结束后的降温过程中引入挡板来抑制源向衬底的继续传质，降温时薄膜的持续生 长将抑制晶粒在平面内铺展而使其棱角钝化的趋势，降温时阻断传质有利于提高薄膜的致 密度，降低粗糙度。为了生长更厚的CdZnTe膜，采用叠层生长的方式，即分多次生长，每次 生长只使用温差能够稳定的时长，随后停止生长并降温，等到炉体降至室温后，再次加热生 长。CdZnTe与GaAs衬底之间存在较大的晶格失配度，通过在GaAs上沉积ZnTe作为缓冲 层，来减小失配，以提高外延膜的质量。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种在GaAs单晶衬底上制备 CdZnTe外延膜的方法，其特点是包括以下步骤： 步骤一、将CdZnTe生长源打磨、抛光、清洗后，用氮气吹干，将GaAs (100)衬底化学 腐蚀、清洗后，用氮气吹干。 步骤二、将经过步骤一处理的GaAs (100)衬底和CdZnTe生长源放入生长炉腔室， 调整CdZnTe生长源与GaAs (100)衬底之间的距离为2?5mm，关闭炉门。 步骤三、首先将炉内抽真空至彡1 X 10_3Pa，用挡板隔离CdZnTe生长源和 GaAs (100)衬底，挡板由步进电机控制，加热衬底GaAs (100)至550°C，除气30min。 步骤四、待衬底GaAs (100)除气后，将炉内温度降至室温，撤去CdZnTe生长源和 GaAs (100)衬底之间的挡板，将炉内抽真空至彡IX 10-3Pa，将CdZnTe生长源和GaAs (100) 衬底加热至30(TC，保温lh，通入高纯Ar反复清洗生长腔室后，关闭真空系统，充入Ar至 100-300Pa，继续升温，加热GaAs (100)衬底至所需温度490?550°C，加热CdZnTe生长源至 所需温度515?580°C，保持CdZnTe生长源与GaAs (100)衬底的温差为30?50°C，当生长 时间达到90?150min，停止加热，结束生长。 步骤五、随炉冷却，在降温过程中用挡板隔离CdZn本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在GaAs单晶衬底上制备CdZnTe外延膜的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将CdZnTe生长源打磨、抛光、清洗后，用氮气吹干，将GaAs(100)衬底化学腐蚀、清洗后，用氮气吹干；步骤二、将经过步骤一处理的GaAs(100)衬底和CdZnTe生长源放入生长炉腔室，调整CdZnTe生长源与GaAs(100)衬底之间的距离为2～5mm，关闭炉门；步骤三、首先将炉内抽真空至≤1×10‑3Pa，用挡板隔离CdZnTe生长源和GaAs(100)衬底，挡板由步进电机控制，加热衬底GaAs(100)至550℃，除气30min；步骤四、待衬底GaAs(100)除气后，将炉内温度降至室温，撤去CdZnTe生长源和GaAs(100)衬底之间的挡板，将炉内抽真空至≤1×10‑3Pa，将CdZnTe生长源和GaAs(100)衬底加热至300℃，保温1h，通入高纯Ar反复清洗生长腔室后，关闭真空系统，充入Ar至100‑300Pa，继续升温，加热GaAs(100)衬底至所需温度490～550℃，加热CdZnTe生长源至所需温度515～580℃，保持CdZnTe生长源与GaAs(100)衬底的温差为30～50℃，当生长时间达到90～150min，停止加热，结束生长；步骤五、随炉冷却，在降温过程中用挡板隔离CdZnTe生长源和GaAs(100)衬底。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：查钢强，蔺云，高俊宁，汤三奇，张昊，李嘉伟，介万奇，
申请(专利权)人：西北工业大学，陕西迪泰克新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。