真空熱預(yù)處理在平板攝像管CdSe多層靶面制作中的作用
1、引 言
無(wú)論是真空光導(dǎo)攝像管還是真空微電子平板攝像管，任何一種光導(dǎo)器件的性能都取決于電導(dǎo)材料和感光靶的結(jié)構(gòu)是否先進(jìn)。而新型的ＣｄＳｅ膜可被制成ｎ型半導(dǎo)體光導(dǎo)材料，并形成具有高光電轉(zhuǎn)換效率和高光電性能的多層結(jié)構(gòu)，這已引起人們廣泛的興趣，我們也很早就開(kāi)展了這方面的研究。
Cdse工藝是由Ｙ．Ｋｉｕｃｈｉ和Ｋ．Ｓｈｉｍｉｚｕ于１９６９年發(fā)明的，并于同年申報(bào)攝像管應(yīng)用專利。在他們工作的基礎(chǔ)上，我們研制了６層ＳｎＯ２－－ＣｄＳｅ—ＣｄＳｅＯ３－－Ａｓ２Ｓｅ３－－Ａｓ１Ｓｅ９－－Ｓｂ２Ｓ３結(jié)晶結(jié)構(gòu)的新型ＣｄＳｅ多層光導(dǎo)靶，并發(fā)展了真空熱預(yù)處理（ＶＨＰＴ）工藝。ＶＨＰＴ以前并沒(méi)有報(bào)道，作為一種成功的工藝，ＶＨＰＴ與非真空熱后處理（ＮＨＡＴ）結(jié)合，兩種熱處理能夠產(chǎn)生完美的晶體結(jié)構(gòu)并獲得良好的攝像管性能。
我們的實(shí)驗(yàn)研究工作包括３個(gè)部分，首先是購(gòu)買(mǎi)一些器件，使其標(biāo)準(zhǔn)化并與多源蒸發(fā)設(shè)備結(jié)合；研制ＣｄＳｅ、Ａｓ２Ｓｅ３、Ａｓ１Ｓｅ９、Ｓｂ２Ｓ３等復(fù)合半導(dǎo)體材料并使用ＶＨＰＴ工藝；通過(guò)優(yōu)化其他一些工藝過(guò)程，最后研制出具有良好性能的光導(dǎo)靶。本文主要介紹與優(yōu)化ＶＨＰＴ工藝有關(guān)的一些具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
2、制作與設(shè)備
2.1、主要靶面材料CdSe膜的制作
主要靶面材料——ＣｄＳｅ膜的制作是獲得優(yōu)質(zhì)靶面的最重要的過(guò)程，我們使用高真空中的熱蒸發(fā)來(lái)制作光電導(dǎo)層。
我們?cè)O(shè)計(jì)和重新裝配了具有直徑為４５０ｍｍ鐘罩的多源蒸發(fā)設(shè)備（如圖１），用其制備出含ＣｄＳｅ、Ａｓ２Ｓｅ３、Ａｓ１Ｓｅ９、Ｓｂ２Ｓ３等復(fù)合半導(dǎo)體材料，并在真空中對(duì)我們的靶膜進(jìn)行熱預(yù)處理。對(duì)此真空室來(lái)說(shuō)，整個(gè)鐘罩的外壁用水冷卻，壁內(nèi)表面有金屬熱屏蔽，約２０００Ｗ的碘鎢燈輻射加熱器用于加熱襯底。襯底架和鐘罩內(nèi)的其他部件達(dá)到４５０℃高溫時(shí)出氣兩次（在２００℃出氣，在４２０℃又出氣一次）。用水將石英晶體振蕩器探頭冷卻，數(shù)字式頻率計(jì)用來(lái)監(jiān)控蒸發(fā)速率和薄膜的厚度。幾個(gè)有擋板的蒸發(fā)舟放置在離襯底相距約１００ｍｍ處，里面分別放有高純度ＣｄＳｅ、Ａｓ２Ｓｅ３、Ｓｅ粉，這些源在蒸發(fā)前需要排氣。襯底和支架在蒸發(fā)時(shí)以１５ｒ／ｍｉｎ的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣可以保證靶獲得均勻的厚度。ＣｄＳｅ的蒸發(fā)是在襯底溫度為２００℃，１．３３×１０－４Ｐａ的壓強(qiáng)下進(jìn)行，直至獲得合適的厚度。
2.2、新的真空熱預(yù)處理工藝
在蒸發(fā)后，在同一真空容器內(nèi)，對(duì)Ｃｄｓｅ膜采用真空熱預(yù)處理的方式進(jìn)行３０ｍｉｎ退火，溫度保持在約４００℃，這一步驟是我們首創(chuàng)的。我們認(rèn)為這個(gè)過(guò)程有利于在ＣｄＳｅ靶膜表面上形成一些穩(wěn)定的顆粒，有助于以后在爐內(nèi)形成ＣｄＳｅ晶體，盡管ＣｄＳｅ很容易在真空較高溫度下分解失掉Ｓｅ。
在制作的最后階段，需要熱后處理。將一個(gè)大氣壓的氧氣和氮?dú)饧尤氤錆MＳｅ氣氛的爐內(nèi)，在這種條件下，蒸發(fā)的ＣｄＳｅ層在６００℃的氮?dú)夥罩屑訜峒s４５ｍｉｎ，并通過(guò)適當(dāng)氧化將其表面轉(zhuǎn)化成ＣｄＳｅＯ３。
經(jīng)過(guò)真空熱預(yù)處理和非真空熱后處理之后，Ｃｄｓｅ膜表面結(jié)晶，從而獲得具有高靈敏度和高暗電阻的良好性能。
