真空热预处理在平板摄像管CdSe多层靶面制作中的作用
1、引 言
无论是真空光导摄像管还是真空微电子平板摄像管，任何一种光导器件的性能都取决于电导材料和感光靶的结构是否先进。而新型的ＣｄＳｅ膜可被制成ｎ型半导体光导材料，并形成具有高光电转换效率和高光电性能的多层结构，这已引起人们广泛的兴趣，我们也很早就开展了这方面的研究。
Cdse工艺是由Ｙ．Ｋｉｕｃｈｉ和Ｋ．Ｓｈｉｍｉｚｕ于１９６９年发明的，并于同年申报摄像管应用专利。在他们工作的基础上，我们研制了６层ＳｎＯ２－－ＣｄＳｅ—ＣｄＳｅＯ３－－Ａｓ２Ｓｅ３－－Ａｓ１Ｓｅ９－－Ｓｂ２Ｓ３结晶结构的新型ＣｄＳｅ多层光导靶，并发展了真空热预处理（ＶＨＰＴ）工艺。ＶＨＰＴ以前并没有报道，作为一种成功的工艺，ＶＨＰＴ与非真空热后处理（ＮＨＡＴ）结合，两种热处理能够产生完美的晶体结构并获得良好的摄像管性能。
我们的实验研究工作包括３个部分，首先是购买一些器件，使其标准化并与多源蒸发设备结合；研制ＣｄＳｅ、Ａｓ２Ｓｅ３、Ａｓ１Ｓｅ９、Ｓｂ２Ｓ３等复合半导体材料并使用ＶＨＰＴ工艺；通过优化其他一些工艺过程，最后研制出具有良好性能的光导靶。本文主要介绍与优化ＶＨＰＴ工艺有关的一些具体实验结果。
2、制作与设备
2.1、主要靶面材料CdSe膜的制作
主要靶面材料——ＣｄＳｅ膜的制作是获得优质靶面的最重要的过程，我们使用高真空中的热蒸发来制作光电导层。
我们设计和重新装配了具有直径为４５０ｍｍ钟罩的多源蒸发设备（如图１），用其制备出含ＣｄＳｅ、Ａｓ２Ｓｅ３、Ａｓ１Ｓｅ９、Ｓｂ２Ｓ３等复合半导体材料，并在真空中对我们的靶膜进行热预处理。对此真空室来说，整个钟罩的外壁用水冷却，壁内表面有金属热屏蔽，约２０００Ｗ的碘钨灯辐射加热器用于加热衬底。衬底架和钟罩内的其他部件达到４５０℃高温时出气两次（在２００℃出气，在４２０℃又出气一次）。用水将石英晶体振荡器探头冷却，数字式频率计用来监控蒸发速率和薄膜的厚度。几个有挡板的蒸发舟放置在离衬底相距约１００ｍｍ处，里面分别放有高纯度ＣｄＳｅ、Ａｓ２Ｓｅ３、Ｓｅ粉，这些源在蒸发前需要排气。衬底和支架在蒸发时以１５ｒ／ｍｉｎ的速度转动，这样可以保证靶获得均匀的厚度。ＣｄＳｅ的蒸发是在衬底温度为２００℃，１．３３×１０－４Ｐａ的压强下进行，直至获得合适的厚度。
2.2、新的真空热预处理工艺
在蒸发后，在同一真空容器内，对Ｃｄｓｅ膜采用真空热预处理的方式进行３０ｍｉｎ退火，温度保持在约４００℃，这一步骤是我们首创的。我们认为这个过程有利于在ＣｄＳｅ靶膜表面上形成一些稳定的颗粒，有助于以后在炉内形成ＣｄＳｅ晶体，尽管ＣｄＳｅ很容易在真空较高温度下分解失掉Ｓｅ。
在制作的最后阶段，需要热后处理。将一个大气压的氧气和氮气加入充满Ｓｅ气氛的炉内，在这种条件下，蒸发的ＣｄＳｅ层在６００℃的氮气氛中加热约４５ｍｉｎ，并通过适当氧化将其表面转化成ＣｄＳｅＯ３。
经过真空热预处理和非真空热后处理之后，Ｃｄｓｅ膜表面结晶，从而获得具有高灵敏度和高暗电阻的良好性能。
