[發(fā)明專利]一種采用PBN坩堝合成碲鋅鎘晶體的方法及裝置

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• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN114481327A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設計）人: 姜軍;孔金丞;趙鵬;陳少璠;姬榮斌;趙文;袁綬章;蔡春江;趙增林;劉永傳;唐清云
• 申請（專利權）人: 昆明物理研究所
• 主分類號: C30B29/48
• 分類號: C30B29/48;C30B28/04
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

本發(fā)明公開了一種采用PBN坩堝合成碲鋅鎘晶體的方法及裝置，該方法包括：利用PBN坩堝作為載體，在PBN坩堝內進行高溫合成，實現(xiàn)碲鋅鎘多晶體材料的制備；同時為防止高溫合成條件下材料發(fā)生化學反應導致材料溢出，增加高強度密封蓋，控制空腔Cd壓，防止坩堝炸裂；以一定的起始角度熔化材料，使材料充分發(fā)生反應；設定一定的搖擺角度將材料混合均勻，最終達到形成多晶晶錠的目的。裝置包括：爐管、石英坩堝、墊棉、石英塞、碲鋅鎘材料、PBN坩堝、密封蓋、合成爐爐體、保溫材料及加熱爐絲；PBN坩堝放置在石英坩堝內，在爐體中放入多段加熱爐絲的爐管。本發(fā)明避免了材料與石英管的直接接觸，可實現(xiàn)不換管生長，滿足低位錯缺陷碲鋅鎘晶體的生長條件要求。

技術領域

本發(fā)明屬于光電材料制備技術領域，具體涉及一種采用PBN坩堝合成碲鋅鎘晶體的方法及裝置。

背景技術

目前紅外焦平面探測器已經(jīng)大量應用于社會各領域。紅外碲鎘汞紅外探測器芯片以碲鋅鎘材料為襯底材料。要制備出合格的碲鋅鎘襯底需要生長出高質量的碲鋅鎘晶體材料。碲鋅鎘晶體材料制備主要包括配料、合成、燒封、生長、切割等方面。

常見工藝中碲鋅鎘材料制備主要采用石英坩堝合成碲鋅鎘晶體。同時為降低位錯缺陷，在生長過程中需換用PBN坩堝生長材料。因此在碲鋅鎘合成為多晶材料后通過換管方式進行生長。此過程主要采用的是將單質Te、Zn、Cd原材料放入石英坩堝內進行合成，然后取出合成好的多晶錠放入PBN坩堝內進行生長。

該工藝過程中，材料會與石英坩堝接觸，增加了雜質擴散的可能；另一方面，在換管過程中，難免會導致材料損失，因此造成組分不均勻，影響碲鋅鎘晶體質量。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是如何避免材料與石英管的直接接觸并實現(xiàn)不換管生長。通過理論分析，本發(fā)明的基本思路是：1、采用PBN坩堝直接裝入材料；2、研制合適的坩堝結構，防止高溫合成時材料溢出坩堝；3、設定合適的合成條件，使材料在坩堝內完全熔化，并混合均勻。

本發(fā)明的目的在于提供一種采用PBN坩堝合成碲鋅鎘晶體的方法及裝置，通過對PBN坩堝合成碲鋅鎘工藝，可減少坩堝與材料的接觸，降低雜質引入風險。同時可降低材料化學配比因換管而發(fā)生偏離的風險，并且節(jié)約了合成成本。最終為制備高性能碲鋅鎘襯底提供了條件。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案為：

一種采用PBN坩堝合成碲鋅鎘晶體的裝置，包括爐管、石英坩堝、墊棉、石英塞、碲鋅鎘材料、PBN坩堝、密封蓋、合成爐爐體、保溫材料及加熱爐絲；

所述PBN坩堝放置在石英坩堝內，石英塞同時固定住密封蓋合成爐爐體，在該合成爐爐體中放入繞制有加熱爐絲的爐管；

所述加熱爐絲設置2段及以上，用于根據(jù)工藝要求調節(jié)爐體內溫場分布；

所述合成爐爐體內填充有保溫材料；

所述石英坩堝放置于爐管內，該石英坩堝通過墊棉固定在爐管內的合適位置；

所述石英坩堝通過石英塞在高真空環(huán)境下進行燒封；碲鋅鎘材料放置于PBN坩堝內，PBN坩堝上蓋有密封蓋，PBN坩堝放置在石英坩堝內，石英塞同時固定住密封蓋。

一種采用PBN坩堝合成碲鋅鎘晶體的方法，利用PBN坩堝作為載體，在PBN坩堝內進行高溫合成，實現(xiàn)了碲鋅鎘多晶體材料的制備；同時為防止高溫合成條件下，材料發(fā)生化學反應導致材料溢出，增加了高強度密封蓋，控制了空腔Cd壓，防止坩堝炸裂；并且在合成工藝中，以一定的起始角度熔化材料，使材料充分發(fā)生反應，并設定一定的搖擺角度將材料混合均勻，最終達到形成多晶晶錠的目的。其包括如下步驟：

(1)將原材料碲、鋅、鎘單質按照化學計量配比Cd_1-yZn_yTe，所述y：0＜y＜0.2(如y＝0.03～0.2)放入PBN坩堝內。