[發(fā)明專利]一種碲鋅鎘籽晶的制備裝置和方法

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• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN114481328A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設計）人: 趙文;姜軍;陳少璠;孔金丞;趙增林;庹夢寒;劉永傳;李增壽;蔡春江;賀政;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;C30B11/14
• 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)明公開了一種碲鋅鎘籽晶的制備裝置和方法。包括籽晶生長坩堝本體、坩堝支架、石英安砙、晶體生長爐、石英安砙支撐桿和加熱器。在籽晶生長坩堝本體中裝入一定配比的碲鋅鎘材料后一同放置于坩堝支架內部的蜂窩狀孔洞中，然后一同裝入到石英安砙內，經(jīng)抽真空密封燒結后，將石英安砙放置在晶體生長爐內的石英安砙支撐架上，通過控制晶體生長爐的加熱器，使爐體內的溫場滿足碲鋅鎘晶體生長所需溫場，并通過外來機械設備移動石英安砙支撐架，使碲鋅鎘材料由高溫區(qū)向低溫區(qū)緩慢移動，從而移動晶體生長固液界面，實現(xiàn)碲鋅鎘單晶的生長。本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的手工打磨法，在后續(xù)的籽晶引晶過程中具有天然的生長優(yōu)勢方向，避免了人工打磨帶來的雜質影響。

技術領域

本發(fā)明涉及晶體制備領域，具體涉及一種碲鋅鎘籽晶的制備裝置和方法。

背景技術

碲鋅鎘(Cd_1-xZn_xTe,CZT)晶體是一種重要的II-VI族化合物半導體材料。其良好的光電性能，是制備在紅外探測領域具有獨立優(yōu)勢的高性能碲鎘汞薄膜(Hg_1-xCd_xTe,MCT)的首選襯底材料。此外，碲鋅鎘晶體存在原子系數(shù)大、電阻率高、無極化效應等特性，是非常優(yōu)秀的X射線及γ射線探測器材料，可廣泛應用于核醫(yī)學儀器、環(huán)境監(jiān)測、安全檢查、工業(yè)在線無損傷檢測、天文觀測及高能物理研究等領域，是這些領域相關產品升級換代的替代產品。因此，高質量大面積均勻碲鋅鎘晶體的制備是非常重要的。

其中，籽晶引晶技術被認為是當前制備高質量大面積均勻碲鋅鎘晶體的有效手段之一。籽晶引晶技術是在晶體生長坩堝頂部預先放置一個適合形狀的固態(tài)碲鋅鎘單晶體作為籽晶，當碲鋅鎘熔體溫度持續(xù)降低時，原子直接向固態(tài)籽晶表面有序“堆砌”并逐漸長大成一個碲鋅鎘單晶體，實現(xiàn)大體積碲鋅鎘單晶的生長。為了在碲鋅鎘晶體的制備過程中共實現(xiàn)籽晶引晶技術，需要制備適合當前工藝的碲鋅鎘籽晶。

關于碲鋅鎘籽晶的制備，目前是通過選取不同晶向的碲鋅鎘單晶，在內圓切片機上切為10×10×40mm³的碲鋅鎘單晶體，把單晶體通過砂紙打磨出適合生長坩堝的形狀，經(jīng)磨拋、化拋加工處理后，用8％的溴和氫溴酸混合溶液腐蝕，去除籽晶表面的機械損傷層和污物，并用去離子水清洗，無水乙醇脫水，高純N2吹干后得到所需籽晶。在此過程中，不可避免的存在人為因素導致制備的籽晶表面不均勻，而且在籽晶制備過程中可能引入雜質等。更重要的是，因為人工制備籽晶存在費時、效率低等一系列問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明提出解決上述技術問題的一個新方法，結合當前碲鋅鎘晶體的制備技術，設計了一種新型碲鋅鎘籽晶制備裝置，利用該裝置通過垂直布里奇曼方法實現(xiàn)碲鋅鎘籽晶的制備。

本發(fā)明的一種碲鋅鎘籽晶的制備裝置和方法，避免了人工打磨制備碲鋅鎘籽晶，提高了工作效率。該裝置和方法制備的碲鋅鎘籽晶還具有天然的生長優(yōu)勢面，且不會因人工打磨引入雜質，純度更高。

本發(fā)明所采用的技術方案是：

一種碲鋅鎘籽晶的制備裝置，包括籽晶生坩堝本體、坩堝支架、石英安砙、晶體生長爐、石英安砙支撐桿及加熱器；所述坩堝支架內部設置有多個蜂窩狀孔洞；所述碲鋅鎘材料裝入籽晶生長坩堝本體并置于坩堝支架內部的蜂窩狀孔洞中；所述坩堝支架裝入到石英安砙內；所述石英安砙支撐架位于晶體生長爐內；所述石英安砙放置石英安砙支撐架上；所述晶體生長爐內設置有加熱器，所述加熱器位于石英安砙外部，自上而下設置有高溫區(qū)加熱器Sa、梯度區(qū)加熱器Sb和低溫區(qū)的熱器Sc三組，每組呈水平對稱設置；所述石英安砙支撐架可通過外來機械設備由高溫區(qū)向低溫區(qū)緩慢移動。

本發(fā)明的制備方法包括以下步驟：

A.配料

在百級超凈間內，將高純原材料(N≥7N)Te、Cd和Zn按化學計量比進行稱量，將原材料混合后裝入籽晶生長坩堝本體內，將籽晶生長坩堝和碲鋅鎘多晶一起裝入坩堝支架的蜂窩狀孔洞內，并將碲鋅鎘多晶、坩堝本體和坩堝支架一起裝入石英安砙中，經(jīng)抽真空后密封燒結。