[發明專利]一種磷鍺鋅多晶體的合成裝置及方法

有效

• 申請號: 201110341488.0
• 申請日: 2012-01-20
• 公開（公告）號: CN102424371A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 王彪;申亮;吳東;徐洪遠
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C01B25/08
• 分類號: C01B25/08;C01G9/00;C01G17/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

技術領域

本發明涉及磷鍺鋅多晶體的生長技術領域，特別涉及一種磷鍺鋅多晶體的合成裝置及方法。

背景技術

黃銅礦類半導體晶體屬于非線性光學晶體。其具有兩個突出的優點：非線性光學系數大和中遠紅外區透過波段寬。?磷化鍺鋅晶體則是黃銅礦類半導體晶體中綜合性能最好的。與其它黃銅礦類半導體晶體相比，磷化鍺鋅晶體還有著自身的特殊性質：1、透過波段寬，從0.7um到12um；2、非線性系數大；3、熱導率高，不易造成晶體和光學元件的損傷；4、硬度大，晶體具有較高的機械加工性能。因此，此種晶體的軍事應用前景及民用前景都是十分廣闊。其軍事領域應用十分廣泛：激光定向紅外干擾、激光通訊、紅外測距、紅外遙感等，同時利用激光定向紅外干擾，以對抗來襲新一代中紅外制導導彈的軍事應用中具有重大意義。而在民用領域中，其可應用于環境中對工業氣體做環保監測、生物、醫藥等。?

磷鍺鋅晶體的合成主要分為兩步：1、磷鍺鋅多晶體的合成；2、磷鍺鋅單晶體的合成。其中，多晶體的合成對單晶體的生長起著決定性的作用，故需先獲得優質的磷鍺鋅多晶體。而目前磷鍺鋅多晶體的合成方法主要有兩種：單溫區法和雙溫區法。因為在磷鍺鋅合成的過程中，磷和鋅會產生較高的蒸汽壓，導致坩堝爆炸，所以單溫區法很難一次獲得質量較多的磷鍺鋅多晶體來滿足單晶體的生長。而傳統的雙溫區法多是因為反應過程中產生了難熔的二元化合物Zn₂P₃和ZnP₂而導致過量的磷未能發生反應，或是反應過程中先生成的磷鍺鋅多晶體包覆住了鍺阻礙了反應進一步完成，最后磷蒸汽壓過高導致坩堝爆炸，合成出來的單晶純度也較低。

因而，傳統的磷鍺鋅多晶體的合成方法都未能滿足一次性合成大量高純單相的多晶體的要求，從而限制了磷鍺鋅單晶體的生長。為了避免上述問題，須使磷盡量完全反應同時避免磷鍺鋅包覆鍺，才能保證整個合成過程的順利進行。

綜上所述，目前磷鍺鋅多晶體的合成裝置及方法存在的問題是：

磷未充分反應且磷鍺鋅包覆鍺使得難以滿足一次性合成大量高純單相的多晶體的要求；另外，反應過程中容易導致爆炸。

發明內容

本發明專利所要解決的技術問題是提供一種一次性合成大量高純單相且保證操作安全的磷鍺鋅多晶體的合成裝置及方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種磷鍺鋅多晶體的合成裝置，包括坩堝與加熱爐，還包括電機，所述加熱爐內設有防爆鋼管，所述坩堝設于防爆鋼管內，所述防爆鋼管內通過連動桿與電機連接。

優選地，所述坩堝包括依次連接的封結管、圓筒和輸運管；所述封結管的內徑n小于圓筒的內徑R；所述圓筒的內徑R為10mm-14mm，其長度s為90mm-110mm；所述封結管的長度f為190mm-210mm，所述輸運管的長度k為750mm-800mm。

優選地，所述加熱爐為八溫區水平爐，所述八溫區水平爐內設有防爆鋼管，所述防爆鋼管的管口設有鋼片卡口，所述鋼片卡口通過連動桿與電機連接。

優選地，還包括輔助加料管，所述輔助加料管包括導料管，所述導料管一端設有裝料口，另一端設有出料口；所述裝料口的口徑為25mm-35mm，所述出料口的口徑為8mm-12mm。

優選地，所述導料管的長度x大于坩堝的封結管和圓筒的長度之和f+s，即為：x>?f+s；所述導料管的長度x為400mm-450mm，且導料管的外徑m生長坩堝的封結管的內徑n。

一種磷鍺鋅多晶體的合成方法，包括如下步驟：

（1）裝料與封裝

按照化學計量比磷：鍺：鋅=1:1:2稱量原料；將鋅和鍺充分混合均勻；先將磷通過輔助裝料管裝入坩堝的底端，然后將鋅和鍺的混合物通過輔助裝料管裝入坩堝內的圓筒中，以上過程均在手套箱中完成；最后，將坩堝從手套箱中取出，抽真空封結；

（2）坩堝轉動輔助生長

a）將封結好的坩堝置入加熱爐中，將置入磷的底端放在加熱爐的低溫區，置入鋅和鍺的圓筒放在加熱爐的高溫區；接著，將轉動坩堝用的鋼片卡口接在防爆鋼管上，且放入相應的耐火磚；最后，所述鋼片卡口與電機連接；

b）將底端溫區的溫度升至500℃-520℃，圓筒端的溫區溫度升至1010℃-1030℃；然后，保持加熱爐各個溫區的溫度不變，恒溫5-8小時，且當低溫端溫度升至400℃時，啟動電機轉動坩堝；保證磷緩慢升華；