[發明專利]一種提高碲鋅鎘晶體性能的方法

有效

• 申請號: 201110151562.2
• 申請日: 2011-06-08
• 公開（公告）號: CN102220644A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 閔嘉華;李輝;梁小燕;劉偉偉;孫孝翔;王東;席韡;張繼軍;王林軍;張濤;滕家琪;郭昀
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C30B33/02
• 分類號: C30B33/02;C30B29/48
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種新的提高碲鋅鎘晶體性能的方法和裝置，屬特殊晶體熱處理工藝技術領域。

背景技術

作為新一代化合物半導體，CZT材料具有較大的禁帶寬度和較高的平均原子序數，因而可工作在常溫，并具有較大的阻止本領和較強的抗輻射能力。CZT材料制作的探測器與傳統的NaI閃爍體探測器相比，具有更高的能量分辨率。隨著CZT材料的發展和新型器件的出現，在高能量分辨率的能譜儀、高空間分辨率的成像裝置和高能量的光子探測系統等領域的應用可望成為現實。因此，CZT探測器在醫學、空間科學、機場、港口安檢、核廢料監測及其它核技術領域有著廣闊的應用前景。

然而，在CZT晶體生長過程中，由于化學計量比的偏離以及組分過冷的存在，不可避免的會產生Te夾雜/沉淀相，嚴重影響晶體的光學和電學性能。研究發現，晶體中的Te夾雜/沉淀可以吸附Na、Ag、Bi等雜質，因此如果可以將Te夾雜/沉淀通過某種方法移動至晶錠的尾部，然后將晶錠尾部切除，剩余的大部分晶體便得到了提純，不僅減小了Te夾雜/沉淀的含量。同時，通過Te夾雜/沉淀的吸附作用，也減少了晶體中Na、Ag、Bi等雜質的含量，從而提高CZT晶體的性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題：本發明提供了一種新的提高碲鋅鎘晶體性能的方法及裝置。本發明利用生長后的晶體內存在的Te沉淀/夾雜相來吸附晶體中的有害雜質，然后利用熱遷移機制（處在液態下Te沉淀在溫度梯度溫場中會向著高溫方向移動）將晶錠置于一定的溫度梯度溫場中進行一定時間退火，使晶體內的Te沉淀/夾雜相攜帶著雜質移動到晶體的尾端。本發明對完成生長的碲鋅鎘晶錠進行退火改性，能夠顯著的減少碲鋅鎘晶體內的雜質和缺陷的含量。

本發明采用如下技術方案：

本發明一種提高碲鋅鎘晶體性能的方法，包括以下的過程步驟：

a.??????將生長完成的碲鋅鎘晶錠連同坩堝一起放入溫度梯度爐內，并將其穩定的固定在支撐桿上，將溫度梯度爐的上端設為高溫區其溫度為1100～700℃，下端設為低溫區其溫度為450～200℃，調節中間溫區，使其溫度梯度為20～50℃/cm；溫度梯度溫場的范圍是300～1000℃；

b.??????調節爐體和支撐桿的位置，使晶錠全部位于高溫恒溫區，保溫24～48小時，并且該保溫過程中可以減少位錯；

c.??????調節爐體和支撐桿的位置，使晶錠降到處于溫度梯度溫場中，當CZT晶體處于溫度梯度溫場中（高溫T_H<CZT熔點，低溫T_L>Te熔點）時，上方為高溫端，下方為低溫端，坩堝自上而下由高溫端向低溫端移動，其中Te沉淀熔化成一個小液滴，Te小液滴因雜質的擴散運動可吸附周圍晶體中的雜質；由于在溫度梯度場中，小液滴在垂直方向有溫度差，上方為高溫端T₂，下方為低溫端T₁；高溫端處CZT在Te小液滴中的溶解度C₂大于低溫端處的溶解度C₁，由于該溶質溶解度差，使溶質在高溫面處溶解在低溫面處析出，從而使Te小液滴從低溫端移向高溫端，晶體冷卻后表現為Te夾雜由低溫端移動到高溫端即由下向上移動；為了提高效率，使晶錠以一定速度（0.1～10mm/h）走過該溫度梯度；

d.??????最后，等晶錠完成在溫度梯度區的退火后，調節爐體和支撐桿的位置，使晶錠全部位于低溫恒溫區，保溫24～48小時，以減少Cd空位和消除應力；然后取出晶錠切除尾部，得到提純的碲鋅鎘晶體。

本發明一種提高碲鋅鎘晶體性能的方法所用的專用裝置，該裝置包括爐體、可移動支撐桿；其特征在于：爐體為三溫區加熱爐，其中上下溫區采用均勻加熱的電阻加熱器，中間溫區采用梯度溫場加熱器，利用該設備可以實現大梯度溫場；爐體和支撐桿可實現自動升降，以保證了梯度熱處理的正常進行。

本發明方法的特點是利用Te沉淀/夾雜相吸附雜質的作用，開辟了梯度溫場退火驅動雜質移動的新工藝。該發明能夠有效的去除雜質，顯著的提高晶體的性能和成品率。通常在一些工藝方法中制備的碲鋅鎘晶體中含有一定數量的Te夾雜（尤其在富Te條件下），這些晶體都可以用本發明的方法來處理。

附圖說明

圖1為本發明梯度溫場熱處理原理圖。

圖2為本發明梯度溫場熱處理裝置示意圖。

具體實施方式

實施例一

本發明的碲鋅鎘晶體的退火改性是通過梯度溫場熱處理方法及其專用裝置來實現的。