[發明專利]一種碲鋅鎘單晶爐及碲鋅鎘單晶的生長工藝

有效

• 申請號: 201910484698.1
• 申請日: 2019-06-05
• 公開（公告）號: CN110106555B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 張明文;潘永志;陳琳
• 申請（專利權）人: 湖南大合新材料有限公司
• 主分類號: C30B29/48
• 分類號: C30B29/48;C30B11/00
• 代理公司: 衡陽雁城專利代理事務所(普通合伙) 43231
• 代理人: 鄒強

一種碲鋅鎘單晶爐，包括爐體，爐體內設有石英安瓿，石英安瓿中設有氮化硼坩堝，爐體外部設有激磁線圈，石英安瓿下方設有導熱裝置，爐體相對于垂直方向傾斜3°?15°。一種碲鋅鎘單晶的生長工藝，包括以下步驟：選用Cd_1?xZn_xTe籽晶，x選自0.04?0.2范圍內，打磨后浸泡至溴?甲醇溶液；選用Cd_1?xZn_xTe多晶料，x為0.04，石英安瓿抽真空后密封；將爐體相對于垂直方向傾斜3°?15°，石英安瓿下方設置有螺旋式氮氣管路，爐體外安裝有激磁線圈；晶體引晶；晶體生長：使爐體處于勾形磁場內，氮氣初始流量為50mL/分鐘，按0.1mL/分鐘的速度增加流量；原位退火和冷卻。通過該生長工藝得到的碲鋅鎘單晶晶格結構的完整性較佳、直徑較大且單晶成品率較高，不僅改善了所得單晶的質量，而且經濟效益較好。

技術領域

本發明涉及晶體生長技術領域，具體涉及的是一種碲鋅鎘單晶爐及碲鋅鎘單晶的生長工藝。

背景技術

碲鋅鎘晶體是寬禁帶II-VI族化合物半導體，其具有優異的光電性能，可以在室溫狀態下直接將X射線和γ射線轉光子變為電子，是迄今為止制造室溫X射線及γ射線探測器最為理想的半導體材料，被廣泛用作紅外探測器HgCdTe的外延襯底和室溫核輻射探測器等領域。現有技術中制造碲鋅鎘單晶的方法主要有垂直布里奇曼法、水平布里奇曼法、移動加熱區法、高壓布里奇曼法和垂直梯度凝固法。以上方法大多操作復雜、生長時間較長且晶體質量不夠理想，特別是在晶體生長過程中，伴有升降運動，容易降低所得單晶質量。

所得晶體的質量較差，單晶成品率較低,大多在20％以下，且直徑較小，往往僅能達到50mm左右。

對此，公開號為107059132A的中國專利公開了“一種碲鋅鎘單晶的新型單晶爐及生長工藝”，其爐體的爐膛內從下到上依次設有九個加熱區；每個加熱區設有與電源柜連通的電極和電纜、自控開關，還設有溫控系統，該專利省去了機械運動，形成了無震動生長環境，分區靈活地控制生長溫度，提高了單晶的質量和生產效率，相對于現在最常用的垂直布里奇曼法有了明顯的進步。

但是，對于日益嚴苛的應用要求，無論是傳統方法還是上述專利中提到的可省去相對機械運動的生產方法，所得單晶片的晶格結構完整性、直徑大小均無法滿足一些高標準的應用場合的需求，而單晶成品率較低的缺陷，也導致生產碲鋅鎘單晶所取得的經濟效益不佳。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種碲鋅鎘單晶爐和碲鋅鎘單晶的生長工藝，通過該生長工藝得到的碲鋅鎘單晶晶格結構的完整性較佳、直徑較大且單晶成品率較高，不僅明顯地改善了所得單晶的質量，且經濟效益較好。

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：一種碲鋅鎘單晶爐，包括爐體和加熱電源，所述爐體內設有石英安瓿，所述石英安瓿中放置有氮化硼坩堝，所述氮化硼坩堝底部設有籽晶腔，還包括溫控系統，所述溫控系統包括電源柜、電纜、電極、控溫電偶、測溫電偶和控制器，所述爐體內從下到上設有多個加熱區，每個加熱區各自設有與電源柜連通的電極和電纜，每個加熱區設有自控開關、控溫電偶和測溫電偶，所述自控開關通過信號線與控制器進行連接，所述控溫電偶和測溫電偶均通過信號線與控制器進行連接，所述爐體外部設有可發出勾形磁場的激磁線圈，所述勾形磁場的中心位于所述氮化硼坩堝的底部，所述石英安瓿的下方設有導熱裝置，所述爐體相對于垂直方向傾斜3°-15°。

優選地，所述導熱裝置為螺旋式氮氣管路，所述螺旋式氮氣管路上設有氣體流量計。

優選地，所述爐體相對于垂直方向傾斜8°。

優選地，各個加熱區之間可拆卸連接。

一種碲鋅鎘單晶的生長工藝，包括以下步驟：