真空熱預處理在平板攝像管CdSe多層靶面制作中的作用
1、引 言
無論是真空光導攝像管還是真空微電子平板攝像管，任何一種光導器件的性能都取決于電導材料和感光靶的結構是否先進。而新型的ＣｄＳｅ膜可被制成ｎ型半導體光導材料，并形成具有高光電轉換效率和高光電性能的多層結構，這已引起人們廣泛的興趣，我們也很早就開展了這方面的研究。
Cdse工藝是由Ｙ．Ｋｉｕｃｈｉ和Ｋ．Ｓｈｉｍｉｚｕ于１９６９年發明的，并于同年申報攝像管應用專利。在他們工作的基礎上，我們研制了６層ＳｎＯ２－－ＣｄＳｅ—ＣｄＳｅＯ３－－Ａｓ２Ｓｅ３－－Ａｓ１Ｓｅ９－－Ｓｂ２Ｓ３結晶結構的新型ＣｄＳｅ多層光導靶，并發展了真空熱預處理（ＶＨＰＴ）工藝。ＶＨＰＴ以前并沒有報道，作為一種成功的工藝，ＶＨＰＴ與非真空熱后處理（ＮＨＡＴ）結合，兩種熱處理能夠產生完美的晶體結構并獲得良好的攝像管性能。
我們的實驗研究工作包括３個部分，首先是購買一些器件，使其標準化并與多源蒸發設備結合；研制ＣｄＳｅ、Ａｓ２Ｓｅ３、Ａｓ１Ｓｅ９、Ｓｂ２Ｓ３等復合半導體材料并使用ＶＨＰＴ工藝；通過優化其他一些工藝過程，最后研制出具有良好性能的光導靶。本文主要介紹與優化ＶＨＰＴ工藝有關的一些具體實驗結果。
2、制作與設備
2.1、主要靶面材料CdSe膜的制作
主要靶面材料——ＣｄＳｅ膜的制作是獲得優質靶面的最重要的過程，我們使用高真空中的熱蒸發來制作光電導層。
我們設計和重新裝配了具有直徑為４５０ｍｍ鐘罩的多源蒸發設備（如圖１），用其制備出含ＣｄＳｅ、Ａｓ２Ｓｅ３、Ａｓ１Ｓｅ９、Ｓｂ２Ｓ３等復合半導體材料，并在真空中對我們的靶膜進行熱預處理。對此真空室來說，整個鐘罩的外壁用水冷卻，壁內表面有金屬熱屏蔽，約２０００Ｗ的碘鎢燈輻射加熱器用于加熱襯底。襯底架和鐘罩內的其他部件達到４５０℃高溫時出氣兩次（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，數字式頻率計用來監控蒸發速率和薄膜的厚度。幾個有擋板的蒸發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，這些源在蒸發前需要排氣。襯底和支架在蒸發時以１５ｒ／ｍｉｎ的速度轉動，這樣可以保證靶獲得均勻的厚度。ＣｄＳｅ的蒸發是在襯底溫度為２００℃，１．３３×１０－４Ｐａ的壓強下進行，直至獲得合適的厚度。
2.2、新的真空熱預處理工藝
在蒸發后，在同一真空容器內，對Ｃｄｓｅ膜采用真空熱預處理的方式進行３０ｍｉｎ退火，溫度保持在約４００℃，這一步驟是我們首創的。我們認為這個過程有利于在ＣｄＳｅ靶膜表面上形成一些穩定的顆粒，有助于以后在爐內形成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。將一個大氣壓的氧氣和氮氣加入充滿Ｓｅ氣氛的爐內，在這種條件下，蒸發的ＣｄＳｅ層在６００℃的氮氣氛中加熱約４５ｍｉｎ，并通過適當氧化將其表面轉化成ＣｄＳｅＯ３。
經過真空熱預處理和非真空熱后處理之后，Ｃｄｓｅ膜表面結晶，從而獲得具有高靈敏度和高暗電阻的良好性能。
