ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ НА ПОВЕРХНОСТИ CdZnTe

ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ

НА ПОВЕРХНОСТИ CdZnTe

Characterization of metal contacts on and surfaces of cadmium zinc tell u ride, A. Burger, H.

Chen, K. Chattopadhyay, D. Shu, S. H. Morgan, W, E. Collins, R. B. James, Nuclear

Instruments and Methods in Physics Research A428, (1999), p. 8-13

В последние несколько лет достигнуты значительные успехи в разработке и создании базы данных по физическим свойствам детекторов CdxZn1.xTe (CZT)… Введение: Хотя основным применением CZT-материала является изготовление полупроводниковых детекторов, работающих при комнатной…

Введение

Хотя CZT был исследован на протяжении почти десятилетия для его использования(применения) для п/п детекторов, работающих при комнатной температ., есть два других главных(крупных) технологических поля(области) изучения(исследования), которые существенно(значительно,знаменательно,показательно) влияли(воздействовали) на их разработку(проектирование,развитие): (i) использование(применение) CZT кристаллов как инфракрасные детекторные подложки(основания) и (п) разработка(проектирование,развитие) СсГГе(теллурида кадмия) как комнатно-температурный детектор излучения [1]. Многие из прошлых сообщений(отчетов) в тех полях(областях) должны быть повторно посещены и их значение(следствие) к CZT кристаллам, тщательно(осторожно,внимательно) проанализированным.

Металлическая/полупроводниковая поверхность раздела - важная область(площадь) изучения(исследования), где понимание химической разновидности, которые сформируют, взаимная диффузия металла и полупроводника, дефектообразования и их взаимодействия с последним критическое. В многих случаях, они имеют глубокие технологические значения(следствия) для отклика детектора. Несколько связанных с контактом задач остаются быть решенными в разработке(проектировании,развитии) и высокочувствительных CZT ДЕТЕКТОРОВ с высоким к.п.д.. Часто сообщаемая задача - таковой активного объема детектора, не являющегося равным его геометрическому объему детектора, даже в случаях(делах), где полное истощение ожидается, основанным на высоком удельном сопротивлении материала(вещества) и большого напряжения смещения приложенного напряжения. Максимумы в электрическом поле наблюлись(соблюлись) [2] вблизи катода, который можно было бы объяснять присутствием имущества (результатов,эффектов) пространственного (объемного) заряда и инжектирующих (инжекционных) контактов. Тепловой отжиг контактов в течение или после осаждения был, основывают, чтобы быть полезным [3], но понимание материальных механизмов, ответственных за это улучшение (усовершенствование) полностью не понято. Роль поверхностного оксида на CZT, и на боковых сторонах кристалла и в металлической/полупроводниковой поверхности раздела, была недавно изучена [4]. Однако, механизмы, которыми оксид поражает(затрагивает) качество детекторов и оптимизацию процесса(обработки), остаются быть понятыми(реализуемыми). Эта бумага (документ,статья) сообщит о некоторых из прошлых работ(усилий) в и Сс1Те (теллуриде кадмия) и CZT, показывать(демонстрировать) их уместность некоторым из вышеупомянутых задач и представлять(присутствовать) некоторые новые результаты, связанные с обработкой поверхности CZT.

Чтобы избегать осложнений, введенных новыми детекторными конфигурациями, предназначенными для сбора(коллекции) единственного заряда(загрузки,шихты,нагрузки) [5,6] и пиксельных множеств(массивов,матриц) изображения(построения изображений), мы главным образом фокусировали эту работу над плоским, симметричным металлическим/полупроводниковым /

металлическим проектом(проектированием). Понимание, достигнутое в этом случае будет также иметь разветвления в устройства(затеи) носителя(контейнера) единственного заряда(загрузки,шихты,нагрузки) и отображающие множества(массивы,матрицы).

2. Соображения по разработке контактовОбщее описание вольт-амперной характеристики контакта металл/полупроводник дается [7]:

(1)

где J - полная плотность тока, Jo - величина плотности тока обратного насыщения, q - заряд электрона, V - приложенное напряжение, А - диодная добротность, к - Постоянная Больцмана, и Т - абсолютная температура. Для J » Jo контакт выпрямляющий (блокировочный) при обратном смещении и экспоненциально нарастающий при прямом смещении. Выпрямляющий контакт желателен для достижения низких темновых токов и, следовательно, низкого электронного шума, для большинством приложений Рентгеновской спектроскопии.

Для J « Jo уравнение (1) может быть упрощено, получая:

(2)

приводящее к линейному (омическому) вольт-амперному отклику контакта. Когда омические контакты используются, падение потенциала происходит по всему полупроводниковому кристаллу, ситуация, желательная для спектроскопии гамма-излучения высокой энергии.

Несколько соображений должны быть приняты во внимание для создания эффективных CZT ДЕТЕКТОРОВ с высоким разрешением при комнатной температуре . Благодаря более высокой подвижности электронов, самое высокое удельное сопротивление получается у кристаллов, которые являются слегка р-типа. Материал р-типа также предпочтителен для получения максимальных µτE произведений. Другим фактором является поддержание активного объема детектора как можно большим так, чтобы он имело адекватнук чувствительность при более высоких энергиях. Это требование лучше выполняется при помощи омических контактов. Темновые токи часто имеют более высокий уровень в детекторах с омическими контактами по сравнению с детекторами с барьерными контактами однако, они предотвращают накопление слоев пространственного заряда [8], которые искажают внутреннее электрическое поле.

Недавно было предположено [9], что омические контакты на веществе n-типа могли бы иметь дополнительные преимущества в уменьшении вклада захвата дырок в CZT детекторах. Предложенная модель, однако, требует дополнительного экспериментального и теоретического подтверждения. Технологически, CZT n-типа имеет преимущество, будуч] более совместимым с омическими контактами, созданными низкой работой выхода, ф_m, металлов типа In и А1. С другой стороны, более низкое удельное сопротивление CZT n-тип может ограничивать применимость этого решения для комнатной температуры приложений, требующих высокого разрешения по энергии в диапазоне энергий 5-50 кэВ, из-за больших шумовых токов, созданных темновым током.

Для CdTe р-типа реализация омических контактов была проблематичной экспериментальные сообщения показали их нечувствительность к работе выхода металл[10]. Полагается, что барьер определяется дефектами в переходном слое в большей степени, чем ф_т. Аи и Pt часто выбираются для контактов CZT детекторов; они имеют работы выхода 4.8 и 5.2 эВ, соответственно.

Высота барьера может быть рассчитана из

(3)

где ф_m - работа выхода металла, и ф_s - работа выхода для полупроводника. Для высокоомного CZT, ф₅ дается

Где χ - электронное сродство CZT « 4.3 эВ [11], запрещенная зона - 1.6 эВ, и предполагалось, что уровень Ферми находится посередине запрещенной зоны. Как можно видеть, для Pt условие для выбора омических контактов на CZT р-типа , ф_m > ф_s) удовлетворяется в самой малой степени. С другой стороны большинство металлов удовлетворяет ф_m < ф_s, условию для омических контактов на CZT n-типа.

3. Изготовление электрических контактов

Перед осаждением необходимо подготовить пластину и удалить поврежденный слой, образующийся в течение порезки и полировки. Она обычно выполняется в Вr-метанол (2-10 %) травящем растворе при комнатной температуре, давая скорость травления около 50 мкм/мин. После травления в течение 1-5 минуты кристалл ополаскивается в постепенно разбавленном растворе, завершающимся полосканием в чистом метаноле. Кристалл быстро сушится при обдувании сжатым воздухом. Отклонения от этой стандартной процедуры показали существенный эффект на темновые токи [12,13]. В частности предпочтительно введение второго шага после травления в растворе брома-метанола, заключающегося в растворе 2 % Вr и 20% молочной кислоты в этиленгликоле (обозначаемом как BMLB). Была очевидна тенденция к значительному понижению поверхностной электропроводности. Уменьшение средней шероховатости поверхности также наблюдалось после шага травления BMLB.

Благодаря инертности и легкости осаждения Аu осаждением методом химического восстановления или процессами теплового испарения, большинство исследований, первоначально сосредоточились на использовании золотых контактов, хотя Pt была также исследована и сообщалось об улучшении свойств адгезии. К сожалению, платиновые контакты давали слегка более высокие темновые токи [14,15].

Напыленные контакты, кажется, имеют более гладкую морфологию поверхности, по сравнению с испаряемым и химически осажденном золотом контактах. Это было определено измерением средней шероховатости поверхности (MR), полученной AFM. Максимальное значение (MR) (2.72nm) было получено для напыленных платиновых или золотых атомов, а минимальное MR значение (2.19 нм) было получено для испаряемого золота [15]. Энергия налетающих распыленных золотых атомов составляет несколько сотен эВ, чего вполне достаточно, чтобы создать дефекты в поверхности раздела и следовательно более инжектирующий контакт. Энергия, отдаваемая кристаллу, является причиной более высокой температуры осаждения в течение распыления, по сравнению с методом теплового испарения. Оценка температуры для процесса распыления показывает, что температура поверхности - приблизительно 150 °С, что достаточно высоко для начала деградации кристалла CZT [16].

Эти температуры также достаточны для изменения некоторых из граничных фаз, созданных травлением, но это не было подтверждено экспериментально. Также возможно, что с улучшением качества кристаллов (устранением путей диффузии), начало деградации будет отодвинуто в сторону более высоких температур. Длительный отжиг химически осажденных золотых контактов около 100 °С после осаждения вел к улучшениям [14], хотя намного более высокие температуры вредны. Тепловая обработка была успешно выполнена [17] в прошлом на In/CdTe/Au детекторах при температурах до 300 °С на протяжении 30-60 мин. Эта обработка показывала эффективное уменьшение слоя обогащенного Те, оставшегося на поверхности после химического травления в растворе брома-метанола. Термообработанные образцы имели существенный более низкий ток утечки, и отжиг был введен в процесс изготовления детекторов In/CdTe/Au.

Пассивация CZT поверхностей

Составление карт фотоэлектрической проводимости - методика, которая была введена Tove и Slapa [26] как полезный инструмент для исследования качества… Чтобы лучше понимать роль окисления CZT поверхностей, мы решили использовать …