基于金催化层的探测器级碲锌镉厚膜制备技术及其核辐射阵列探测器研究

CdZnTe is one of the best room temperature detectors materials for X-ray and γ-ray detecting, which is promising in public safety, medical imaging, environmental monitoring and scientific research. However, CdZnTe detectors are mainly prepared by single crystal material. Due to the small size, difficult preparation and high cost of CdZnTe single crystal materials, large-area CdZnTe polycrystalline thick films and their high energy and high spatial resolution nuclear radiation imaging detectors have become hot spots..This project proposes to adopt the close-spaced sublimation (CSS) method and gold catalytic transition layer to realize a large area, low-defect and high-quality CdZnTe thick films growth. The growth mechanism of high quality CdZnTe thick films on gold catalytic transition layer will be studied and the controllable growth process of detector-level CdZnTe thick films will be established. On this basis, the response characteristics of CdZnTe thick films nuclear radiation array detector will be significantly improved. The research results will provide experimental and theoretical basis for the development and application of high-performance CdZnTe nuclear radiation imaging detectors.

碲锌镉是最佳的室温核辐射（X射线、γ射线等）探测材料之一，在国土安全、核医学成像、环境监测及科学研究等领域具有广泛应用前景。目前碲锌镉探测器常用的单晶材料尺寸小、制备困难、成本高的缺点使得大面积碲锌镉多晶厚膜及其高能量和高空间分辨率的核辐射成像探测器研究成为了热点。.本项目提出采用近空间升华法，利用金催化过渡层制备探测器级大面积、低缺陷碲锌镉厚膜。揭示金过渡层上高质量碲锌镉厚膜的形成机理，建立探测器级高质量碲锌镉厚膜的可控生长工艺，在此基础上明显改善碲锌镉厚膜核辐射探测器的响应特性，为高性能核辐射成像探测器的开发和应用奠定实验和理论基础。

碲锌镉（CdZnTe）化合物半导体材料具有高的平均原子序数、较大且可调节的禁带宽度、高的电阻率且对X射线/γ射线具有强的阻止本领等特性，因此被视为目前制备常温高能辐射探测器最适合的半导体材料。目前碲锌镉探测器常用的单晶材料尺寸小、制备困难、成本高的缺点使得大面积碲锌镉厚膜核辐射成像探测器研究成为了热点。.在薄膜制备中，衬底上添加过渡层对异质外延薄膜的性能有不可忽视的作用，是常用的改善薄膜质量的方法。本项目研究采用近空间升华法（CSS），利用金为过渡层制备大面积的高质量CdZnTe厚膜。项目研究了CSS法工艺条件（如金属种类、金层厚度、升华源温度、衬底温度等）对CdZnTe厚膜性能的影响规律及生长机理，获得了优化的高质量CdZnTe厚膜制备工艺条件。结果表明，相对于铝等金属，采用一定厚度的金膜作为金属催化过渡层易于产生金属诱导结晶作用，可以促进CdZnTe多晶膜的生长。.研究了表面抛光及钝化等后处理工艺对CdZnTe厚膜性能的影响，获得了优化的CdZnTe厚膜后处理工艺条件。研究了CdZnTe厚膜核辐射探测器用低电阻率ZnO基透明导电氧化物薄膜欧姆接触电极的制备工艺。使用传输线法研究了ZnO基透明导电氧化物与CdZnTe厚膜的接触特性，研究表明ZnO导电氧化物电极与CdZnTe厚膜间形成了很好的欧姆接触，接触电阻远小于常规金电极与CdZnTe间的接触电阻。.开展了CdZnTe厚膜室温核辐射探测器的制备及性能研究。研究表明，探测器对241Am辐射源有较好的响应，能谱与噪声可以分开，能量分辨率约为25%。尽管与单晶CdZnTe探测器相比仍有差距，但已可以初步应用于射线监控器件中。本项目基于金催化层的碲锌镉厚膜及其辐射探测器研究可以为商用化大面积、低成本CdZnTe厚膜核辐射探测器的应用提供基础。