[發明專利]一種碲鋅鎘單晶體的生長方法及裝置

在審

• 申請號: 202110446203.3
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113174626A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 龐昊;謝雨凌
• 申請（專利權）人: 合肥龐碲新材料科技有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/48
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 王清

本發明提供了一種碲鋅鎘單晶體的生長方法及裝置，包括以下制備步驟：將碲鋅鎘熔體放入坩堝內；通過冷極棒使得生長界面的中心區域溫度處于一個相對較低的水平，通過熱極管避免了冷極棒的相對低溫在熔體內部引發新的結晶；通過熱極管以及冷極棒與坩堝之間產生相對位移，實現人為干預生長界面處，熔體這一側的溫度，使其形成中心點略低的情況，能夠保證生長從中心開始往四周擴展，同時用熱極管保持中心點以外的區域比中心點高，避免其他地方形核產生多晶。本發明實現人為干預生長界面處，能夠保證生長從中心開始往四周擴展，同時用熱極管保持中心點以外的區域比中心點高，避免其他地方形核產生多晶。

技術領域

本發明涉及碲鋅鎘單晶生長技術領域，尤其涉及一種碲鋅鎘單晶體的生長方法及裝置。

背景技術

半導體產業的第一步是制備人工晶體。經過100多年的研究，晶體的生長方法多種多樣。其中，布里奇曼法(Bridgeman)和垂直梯度凝固法(Vertical Gradient Freeze，VGF)為代表的一類方法得到廣泛使用。這類方法將原料的熔體置于一個可控溫場中，通過調節溫場本身，或者使容器和溫場相對運動，來獲得晶體生長所需要的溫度條件。對于這類熔體→晶體的生長方法來講，生長過程中，生長界面的狀態直接決定了生長進度，晶體質量。

碲鋅鎘(CZT)是一種含有少量Zn元素的II-VI族化合物半導體。由碲鋅鎘單晶體制作的襯底片是碲鎘汞(MCT)探測器(目前主流的中高端紅外探測器)制作的關鍵原料之一。相比于以硅為代表的元素半導體和常見的二代半導體如GaAs,InP等，CZT單晶的生長尤其緩慢。生成CZT晶體時，會釋放結晶潛熱導致生長界面(即生長界面)的溫度向上波動。而同時，CZT熔點溫度附近具有很低導熱系數，熔體大比例地承擔了導出結晶潛熱的任務。潛熱聚集在生長界面的溶體側會抑制晶體的生長，極大影響生長效率。

發明內容

本發明旨在提供一種碲鋅鎘單晶體的生長方法及裝置克服上述問題或者至少部分地解決上述問題，以解決現有的碲鋅鎘熔體結晶生長效率低下，且成品率低的問題。

為達到上述目的，本發明的技術方案具體是這樣實現的：

本發明的提供了一種碲鋅鎘單晶體的生長方法，包括以下制備步驟：

將碲鋅鎘熔體放入坩堝內，并將坩堝放入生長爐的高溫區間內；

將冷極棒穿過熱極管上，同時將熱極管以及冷極棒底部伸入坩堝內；

將熱極管與外部熱源進行電連接，將冷極棒與外部冷源進行電連接，通過冷極棒使得生長界面的中心區域溫度處于一個相對較低的水平，通過熱極管避免了冷極棒的相對低溫在熔體內部引發新的結晶，也用于確保生長界面從中心開始生長，減小外壁上形核的產生；

通過熱極管以及冷極棒與坩堝之間產生相對位移，實現人為干預生長界面處，熔體這一側的溫度，使其形成中心點略低的情況，能夠保證生長從中心開始往四周擴展，同時用熱極管保持中心點以外的區域比中心點高，避免其他地方形核產生多晶；

結晶結束后，將坩堝從生長爐內取出，并對碲鋅鎘單晶體進行取出。

一種碲鋅鎘單晶體的生長裝置，包括坩堝，所述坩堝內部設置有對碲鋅鎘熔體進行保持溫度恒定的熱極管，所述熱極管上貫穿有對碲鋅鎘熔體進行中心降溫的冷極棒上。

作為本發明進一步的方案，所述熱極管的頂端與熱源設備進行電連接，且熱源設備通過導線與PWM控制器電連接，所述PWM控制器一端與溫度傳感器電連接，所述溫度傳感器設置在熱極管上，便于對熱極管尖端的溫度進行控制。

作為本發明進一步的方案，所述熱源設備為生長爐和獨立加熱器中的一種。

作為本發明進一步的方案，所述冷極棒的頂端與冷源設備進行電連接，且冷源設備通過導線與PWM控制器電連接，便于對冷極棒尖端的溫度進行控制。