cdznte共面栅核探测器模拟设计和制备工艺研究

《cdznte共面栅核探测器模拟设计和制备工艺研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、上海大学博士学位论文摘要CdZnTe(CZT)核辐射探测器具有较高的探测效率和较好的能量分辨率，广泛应用于X、Y射线探测和成像装置，在国家安全防务、核探测、核控制、天体物理以及医学等领域具有巨大的应用前景。CZT中空穴的输运性能较差，会降低传统平板器件的探测效率和能量分辨率，采用共面栅结构的CZT探测器可以克服空穴收集的问题，提高器件的性能。本文模拟分析不同电极参数下的权重势分布及电荷收集特性，优化设计CZT共面栅探测器的微条电极结构，研究CZT核辐射探测器制备中表面钝化、电极制备等关键工艺，研制CZT共面栅探测器件信号读出电路，从而初步研制出CZT共面栅探测器件。主

2、要研究内容与结果如下：1．采用ANSYS软件从基于权重势理论计算不同电极参数设计下的感应电荷，讨论电子俘获修正以及边缘效应对器件电荷感特性的影响出发，通过变化栅极条宽和栅间距及栅极位置等因素，对简单的共面栅阳极结构进行了局部的调整，设计了不同的栅极尺寸，讨论了不同栅极设计的权重势分布和电荷收集特性，以此优化共面栅探测器电极的几何构型，从理论上设计出合理的阳极形状以及尺寸。模拟计算结果表明：在工艺许可范围内，采用较小的栅极条宽和栅间距的电极设计较为理想，这样可以保证探测器的感应信号在尽可能大的区域(非电荷感应区)与载流子的运动情况无关，同时也可以在较大的范围内收集更多可

3、以贡献完整感应电荷的电子，使之与受激发位置无关，有利于提高器件的有效探测体积；采用调整两组栅极输出信号的相对增益G的方法，可以有效地修正由于电子俘获造成的器件响应在深度上的不均匀，实现电子俘获的修正，从而有效改善响应深度上的均匀性：通过将次外条收集栅和次外条非收集栅分别加宽一倍可以使两组栅电极的权重势分布在器件宽度上具有良好的均匀性，在此基础上采用调整增益G值来修正电子俘获，就能在理论上使得CZT共面栅器件在深度和宽度方向上均能得到均匀的V上海大学博士学位论文响应特性；在次外条收集栅和非收集栅分别加宽一倍的基础上增加了用于降低表面漏电流的保护环，加了保护环之后，收集栅

4、与非收集栅分别作用下的权重势分布在非电荷感应区依旧重合，器件侧向(x方向)的权重势分布的均匀性并未受到明显的影响；在此基础上完成了实际CZT共面栅器件阳极的设计。2。首次提出并采用KOH．KCI+NH4F／H202混合溶液对CZT表面进行二步法化学钝化新工艺，即先采用KOH．KCI溶液对表面处理过的CZT表面进行处理，然后再用NH4FrH202溶液对其进行表面氧化。测试分析表明：新工艺不但有效地去除了由于溴甲醇(5％Br+Methan01)腐蚀所产生的富Te层，改善了器件表面的化学计量比，又在表面形成了一层附着力强、难以剥离，起到保护作用的氧化层。器件漏电流与钝化前相

5、比下降了两个数量级，与传统采用的KOH．KCI溶液或NH4F／H202溶液钝化工艺相比也都有不同程度的降低。更重要的是解决了CZT共面栅探测器的微条形电极之间的电隔离，微条间电阻达到34G剑mm2。同时还对二步法钝化工艺制各的钝化膜的厚度用红外椭圆偏振仪测量，发现膜厚随钝化时间的增加而增加，钝化时间10min得到的钝化膜，厚约为17rim，比用AES剥离测试中，按Si02剥离速度估算的膜厚20nm略小。使用红外椭圆偏振仪测试CZT钝化膜厚的有关文献目前尚未见报道。3．通过分析比较采用不同工艺制备的Au电极层与CZT接触的I．v特性和测量电极和CZT晶体间的附着强度，发

6、现化学方法沉积Au电极可以在CZT表面获得最佳欧姆接触，但不适用于光刻工艺。溅射Au电极具有最大的电极附着强度，但电学性能不理想。真空蒸发Au可以获得性能良好的欧姆接触电极，用cr作为Au与CZT晶片间的过渡层(即Au／Cr复合电极层)可以在保持欧姆接触特性的情况下增加电极层的附着强度。Au／Cr复合电极层配合“浮脱”法光刻工艺，可获得电极图形完整、接触附着力高的具有欧姆特性的共面栅电极。其中真空蒸发Au／Cr复合电极以厚度约50rim的cf层作为Au(厚度约500rim)与CZT晶片间的过渡层，克服了真空蒸发沉积Au电极的附着力较差，难以获得图形完整的微条共面栅电极

7、的难题，Vl上海大学博士学位论文从而基本解决了微条形CZT探测器的电极制备的关键工艺技术。4．根据CZT核探测器件用前置放大器的特点，提出前置放大器的参数指标，研SlitCZT共面栅器件的信号读出电路。电路放大倍数2x1012V／C，信嗓比5：l。5．采用本实验室自制晶体研制了CZT共面栅结构探测器件。测试了该器件对放射源241Am的响应能谱，并将能谱与器件在MSM结构工作方式下获得的能谱进行了比较。初步测试结果表明，共面栅工作方式下，器件在59．4key能量位置处的半高宽为5．83kev，其能量分辨率比采用MSM工作方式提高8％。关键词：CdZnT