專利名稱：碲化鎘材料表面氧化膜層的處理工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及碲化鎘材料表面氧化膜層的處理工藝，具體涉及采用布里奇曼方法、金屬 有機物化學汽相淀積方法，以及分子束外延方法生長的碲化鎘材料表面氧化膜層的處理工 藝，該工藝主要用于光電子材料和光電探測器等光電子領域。
背景技術：
寬帶隙半導體的物理特性和化學特性的研究在光伏技術中仍然是具有挑戰性的課題。
在這類半導體中，以n-w族化合物最具代表性。正如iv族材料中的硅和ni-v族化合物中
的GaAs —樣，CdTe是II-VI族化合物中的重要材料，CdTe具有n型和p型兩種導電類型， 而且兩種載流子的遷移率都較好。目前,CdTe已廣泛地用于制備各種光探測器。由于CdTe 膜具有直接帶隙結構，其光吸收系數(對波長小于吸收邊的光)極大；厚度為lixm的薄膜, 足以吸收大于CdTe禁帶能量的輻射能量的99 % ，因此降低了對材料擴散長度的要求, 使其成為制備高效太陽電池的最佳材料。由于碲化鎘材料具有優越的光學、磁學、電學等 性質，因而被廣泛地應用于光電器件中，尤其是應用于高性能X射線和空間粒子輻射探測 器。因此，如何有效地制備出滿足高性能X射線探測器要求的晶體表面， 一直是研究人員 多年探索的課題。在碲化鎘探測器的制造工藝中，要求對這種寬帶隙半導體材料的表面加 以嚴格控制，使表面具有均勻的化學配比、無晶體缺陷、極少的表面氧化和其他表面沾污。 此外，蝕刻在制作CdTe/CdS電池中是關鍵的技術之一，有報道的蝕刻溶液有Br2-甲醇、 HN03-H3P04(NH)和K2Cr207 : H2S04等。。
由于碲化鎘為二元合金材料，在表面處理工藝中很容易導致化學配比不均勻的表面， 如出現化學偏析導致富Te層，甚至很容易沿著晶界蝕刻，也容易使表面產生氧化膜層和 缺陷，最終很難獲得化學配比均勻且無氧化的光潔表面。在以絕緣或半絕緣介質作為鈍化 層的鈍化工藝中，碲化鎘的表面氧化層不僅影響界面特性，而且直接影響到鈍化層的介質 特性，最終影響探測器陣列的光電性能、成品率、可靠性。目前通常采用溴和甲醇溶液進 行表面處理，但容易使表面產生"偏析"問題。同時，甲醇對人的眼睛損害較大，長期接 觸將導致眼睛失明。為此，研究人員多年來一直尋找能有效地制備出滿足高性能紅外探測 器要求的表面處理方法。人們對不同的碲化鎘表面處理方法進行了探索和研究(Aramoto T， et. ， J . Appl . Phys. ， 1997 ， 36 (10) ， 6304; K. D,se, et. ， J. Appl. Phys., 1993,73， 8381)，但仍未找到一種較為理想的處理方法。

發明內容
本發明的目的是提供一種碲化鎘材料的表面氧化膜層處理工藝，克服現有處理工藝容 易導致表面化學配比不均勻，甚至很容易沿著晶界蝕刻，尤其是將碲化鎘材料用于制作光 電器件，現有處理工藝直接影響到鈍化層的介質特性，使探測器陣列的光電性能、成品率、 可靠性極差，很難獲得化學配比均勻且無氧化的光潔表面，而且對人體傷害極大；使用本發明方法處理的碲化鎘材料不僅具有均勻的化學配比、光潔、無晶體缺陷的表面，而且具 有氧化物極少甚至無氧化物的碲化鎘表面，對提高碲化鎘光伏探測器列陣的光電性能、成 品率、可靠性非常有利，整個工藝過程簡單，操作方便，實用性強，且對人體基本無傷害。 碲化鎘材料表面氧化膜層的處理工藝，包括對碲化鎘材料進行清洗處理；腐蝕處理和 表面處理；其特征在于-
A) 、先對碲化鎘材料進行清洗處理
a、 在丙酮溶液中浸泡2 3分鐘；
b、 在無水乙醇中浸泡1~2分鐘
c、 在室溫下的去離子水中清洗1 2分鐘；
d、 用高純氮氣(99%)吹干。
B) 、再對碲化鎘材料進行腐蝕處理
a、 將吹干的碲化鎘材料用溴和無水乙醇溶液腐蝕，溴和無水乙醇溶液的體積比為 (0.005 0.1): 1，腐蝕時間為10 60秒，并在腐蝕過程中不停地搖晃碲化鎘材料；
b、 在無水乙醇中清洗1~2分鐘。
C) 、最后對碲化鎘材料進行表面處理
a、 將碲化鎘材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的體積比為(0.03 0.1): 1， 在溶液中浸泡1~2分鐘；
b、 隨后將碲化鎘材料用無水乙醇清洗1~2分鐘；
c、 再用去離子水清洗洗1~2分鐘；
d、 最后用高純氮氣吹干。
應用本發明碲化鎘材料表面氧化膜層的處理工藝，通過表面處理減少或去除碲化鎘表 面的氧化物，可大大提高碲化鎘光伏探測器陣列的光電性能、成品率和可靠性。特別是對 改善和提高碲化鎘表面鈍化的質量和效果，將起關鍵的作用。整個工藝過程簡單，操作方 便，重復性好，實用性強，對人體基本無傷害，可廣泛用于碲化鎘材料表面的制備和碲化 鎘光電器件的制造。


圖1是本發明處理的碲化鎘材料表面所采集的Te3d的光電子能譜； 圖2是本發明處理的碲化鎘材料表面所采集的Cd3d的光電子能譜； 圖3是本發明處理的碲化鎘材料表面所采集的Ols的光電子能譜； 圖1中的Te3d5/2僅有一個單峰，表明表面幾乎無氧化狀態的碲出現。對圖2中的Cd3d 譜進行分析得出，由于Cd的化學位移極小，說明CdTe表面含Cd的氧化物較少。為了確 定表面的化學成分，用高斯型曲線對01s進行擬合，Ols高斯型擬合曲線僅有一個單一的 峰位存在，如圖3所示。擬合曲線與實驗曲線完全重合，峰位的結合能為532.6 eV，它對 應于表面上的物理吸附氧(如氫-氧或碳-氧團族)，表明在探測極限范圍內，碲化鎘材料表 面的表面無氧化物存在。
具體實施例方式
以下實施例所選用的碲化鎘(CdTe)材料，是采用垂直布里奇曼方法生長的單晶材料。 材料經表面磨拋、清洗后，按本發明的方法和步驟具體實施。
實施例l
A、 先在丙酮溶液中浸泡2~3分鐘，再放入無水乙醇中浸泡1~2分鐘，隨后在室溫下
的去離子水中清洗1 2分鐘，用高純氮氣吹干；
B、 將吹干的碲化鎘材料用溴和無水乙醇溶液腐蝕，溴和無水乙醇溶液的體積比為 0.005: 1，腐蝕時間為60秒，并在腐蝕過程中不停地搖晃碲化鎘材料；然后放在
無水乙醇中清洗1 2分鐘；
C、 立即將碲化鎘材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的體積比為0.03:1， 在溶液中浸泡2分鐘，隨后將碲化鎘材料用無水乙醇清洗1~2分鐘，再用去離子水 清洗1 2分鐘，最后用高純氮氣吹干。
實施例2
A、 先在丙酮溶液中浸泡2 3分鐘，再放入無水乙醇中浸泡1~2分鐘，隨后在室溫下
的去離子水中清洗1 2分鐘，用高純氮氣吹干；
B、 將吹干的碲化鎘材料用溴和無水乙醇溶液腐蝕，溴和無水乙醇溶液的體積 比
為0.01: 1，腐蝕時間為50秒，并在腐蝕過程中不停地搖晃碲化鎘材料；然后放 在無水乙醇中清洗1~2分鐘；
C、 立即將碲化鎘材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的體積比為0.05: 1，
在溶液中浸泡90秒鐘，隨后將碲化鎘材料用無水乙醇清洗1~2分鐘，再用去離 子水清洗1 2分鐘，最后用高純氮氣吹干。
實施例3
A、 先在丙酮溶液中浸泡2~3分鐘，再放入無水乙醇中浸泡1~2分鐘，隨后在室下的 去離子水中清洗1 2分鐘，用高純氮氣吹干；
B、 將吹干的碲化鎘材料用溴和無水乙醇溶液腐蝕，溴和無水乙醇溶液的體積比為0.05:
1,腐蝕時間為30秒，并在腐蝕過程中不停地搖晃碲化鎘材料；然后放在無水乙 醇中清洗1~2分鐘；
C、 即將碲化鎘材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的體積比為0.08: 1， 在溶液中浸泡70秒鐘，隨后將碲化鎘材料用無水乙醇清洗1~2分鐘，再用去離子 水清洗洗1 2分鐘，最后用高純氮氣吹干。
實施例4
A、先在丙酮溶液中浸泡2~3分鐘，再放入無水乙醇中浸泡1~2分鐘，隨后在室溫 下的去離子水中清洗1~2分鐘，用高純氮氣吹干；B、 將吹干的碲化鎘材料用溴和無水乙醇溶液腐蝕，溴和無水乙醇溶液的體積比為
0.08: 1，腐蝕時間為30秒，并在腐蝕過程中不停地搖晃碲化鎘材料；然后放在 無水乙醇中清洗1 2分鐘；
C、 即將碲化鎘材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的體積比為0.1: 1， 在溶液中浸泡l分鐘，隨后將碲化鎘材料用無水乙醇清洗1~2分鐘，再用去離子 水境洗洗1 2分鐘，最后用高純氮氣吹干。
實施例5
A、 先在丙酮溶液中浸泡2 3分鐘，再放入無水乙醇中浸泡1~2分鐘，隨后在室溫下
的去離子水中清洗1 2分鐘，用高純氮氣吹干；
B、 將吹干的碲化鎘材料用溴和無水乙醇溶液腐蝕，溴和無水乙醇溶液的體積比為0.1:
1，腐蝕時間為10秒，并在腐蝕過程中不停地搖晃碲化鎘材料；然后放在無水乙 醇中清洗1~2分鐘；
C、 立即將碲化鎘材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的體積比為0.1:1， 在溶液中浸泡1分鐘，隨后將碲化鎘材料用無水乙醇清洗1~2分鐘，再用去離子 水清洗洗1 2分鐘，最后用高純氮氣吹干。
利用X射線光電子譜分別對經上述工藝處理的碲化鎘表面進行了測量、分析。結果表 明在探測極限范圍內，碲化鎘材料的表面只有物理吸附氧，表面無氧化物存在，進一步說 明采用本發明的處理工藝，可獲得氧化物極少甚至無氧化的碲化鎘表面。
整個工藝過程簡單，操作方便，重復性好，實用性強，對人體基本無傷害，可廣泛用 于碲化鎘材料表面的制備和碲化鎘光電器件的制造。
權利要求
1.碲化鎘材料表面氧化膜層的處理工藝，包括對碲化鎘材料進行清洗處理；腐蝕處理和表面處理；其特征在于A)先對碲化鎘材料進行清洗處理a)在丙酮溶液中浸泡2～3分鐘；b)在無水乙醇中浸泡1～2分鐘；c)在室溫下的去離子水中清洗1～2分鐘；d)用高純氮氣吹干；B)再對碲化鎘材料進行腐蝕處理a)將吹干的碲化鎘材料用溴和無水乙醇溶液腐蝕，溴和無水乙醇溶液的體積比為(0.005～0.1)∶1，腐蝕時間為10～60秒，并在腐蝕過程中不停地搖晃碲化鎘材料；b)在無水乙醇中清洗1～2分鐘；C)最后對碲化鎘材料進行表面處理a)將碲化鎘材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的體積比為(0.03～0.1)∶1，在溶液中浸泡1～2分鐘；b)隨后將碲化鎘材料用無水乙醇清洗1～2分鐘；c)再用去離子水清洗1～2分鐘；d)最后用高純氮氣吹干。
全文摘要
碲化鎘材料表面氧化膜層的處理工藝，是將碲化鎘材料先用丙酮、無水乙醇、去離子水清洗后，經溴和無水乙醇溶液腐蝕，再用乳酸和乙二醇溶液進行表面處理，可獲得氧化物極少甚至無氧化物的碲化鎘表面。可大大提高碲化鎘光伏探測器列陣的光電性能、成品率和可靠性，整個工藝過程簡單，操作方便，重復性好，實用性強，對人體基本無傷害。可廣泛用于碲化鎘材料表面的制備和碲化鎘光電器件的制造。
文檔編號H01L21/02GK101295748SQ20071004028
公開日2008年10月29日 申請日期2007年4月29日 優先權日2007年4月29日
發明者毅 李, 斌 武, 胡雙雙, 蔣群杰 申請人:上海理工大學