本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碲鋅鎘多晶的制備方法。

背景技術(shù)：

碲鋅鎘晶體(英文名稱為cadmium zinc telluride，簡(jiǎn)寫為CZT)是由第ⅡB～ⅣA族元素組成的寬禁帶化合物半導(dǎo)體，具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)，隨著Zn組分含量的變化，其生長(zhǎng)溫度從1092～1295℃之間變化，是一種性能優(yōu)異的紅外晶體材料，被廣泛用于紅外探測(cè)器的外延襯底和室溫核輻射探測(cè)器等。碲鋅鎘晶體還以其優(yōu)異的光電性能而在核工業(yè)、軍事、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、光伏發(fā)電、天體物理等方面有著重要的應(yīng)用前景，成為一種極具工程意義和戰(zhàn)略意義的功能材料。因此，碲鋅鎘晶體材料的制備便具有十分重要的意義。

而碲鋅鎘晶體本身生長(zhǎng)難度大，導(dǎo)致制備碲鋅鎘晶體成為一項(xiàng)高難技術(shù)，目前，制備碲鋅鎘多晶主要采用的方法是將碲、鋅、鎘單質(zhì)混合，進(jìn)行合成反應(yīng)，而合成反應(yīng)需要在高溫條件下(通常為1092～1295℃)進(jìn)行才能滿足晶體生長(zhǎng)的需求，這種合成方法容易造成原料器皿炸裂，既不安全，還浪費(fèi)原料，成本較高，同時(shí)，這種高溫合成方法穩(wěn)定性差、不易控，容易影響晶體的生長(zhǎng)質(zhì)量，得到的碲鋅鎘多晶中容易造成鋅的偏析，難以進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種碲鋅鎘多晶的制備方法，按照本申請(qǐng)的制備方法，在較低的溫度下即可制得碲鋅鎘多晶，安全易控，便于批量生產(chǎn)，且得到的碲鋅鎘多晶中無偏析。

本發(fā)明提供了一種碲鋅鎘多晶的制備方法，包括以下步驟：

A)將碲化鎘粉體與碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體；

B)在真空條件下，將所述混合粉體升溫至600～750℃，保溫，加壓，得到第一燒結(jié)體；

C)對(duì)所述第一燒結(jié)體進(jìn)行一次降溫，卸壓，再進(jìn)行二次降溫，得到碲鋅鎘多晶。

優(yōu)選的，所述碲化鎘粉體與所述碲化鋅粉體的質(zhì)量比為5：(0.03～0.8)。

優(yōu)選的，所述碲化鎘粉體的粒度小于100目；所述碲化鋅粉體的粒度小于100目。

優(yōu)選的，所述步驟B)中，所述真空的真空度小于5Pa，所述升溫的速率為3～5℃/min，所述保溫的時(shí)間為1～2h。

優(yōu)選的，所述步驟B)中，在開始保溫10～30min后進(jìn)行加壓；所述加壓的壓強(qiáng)為10～20MPa，時(shí)間為10～30min；在所述加壓后進(jìn)行保溫降壓。

優(yōu)選的，所述步驟C)中，所述一次降溫為降溫至530～560℃。

優(yōu)選的，所述步驟C)具體包括：

C1)對(duì)所述第一燒結(jié)體進(jìn)行一次降溫，卸壓，再進(jìn)行二次降溫，得到碲鋅鎘材料；

C2)在真空條件下，將所述碲鋅鎘材料升溫至600～750℃，保溫，加壓，得到第二燒結(jié)體；

C3)對(duì)所述第二燒結(jié)體進(jìn)行一次降溫，卸壓，再進(jìn)行二次降溫，得到碲鋅鎘多晶。

優(yōu)選的，所述步驟C2)中，所述真空的真空度小于5Pa，所述升溫的速率為5～12℃/min，所述保溫的時(shí)間為3～5h。

優(yōu)選的，所述步驟C2)中，在開始保溫10～30min后進(jìn)行加壓；所述加壓的壓強(qiáng)為25～35MPa，時(shí)間為30～50min；在所述加壓后進(jìn)行保溫降壓。

優(yōu)選的，所述步驟C3)中，所述一次降溫為降溫至530～560℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種碲鋅鎘多晶的制備方法，包括：A)將碲化鎘粉體與碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體；B)在真空條件下，將所述混合粉體升溫至600～750℃，保溫，加壓，得到第一燒結(jié)體；C)對(duì)所述第一燒結(jié)體進(jìn)行一次降溫，卸壓，再進(jìn)行二次降溫，得到碲鋅鎘多晶。采用本發(fā)明的方法，在較低的溫度下即可制備得到碲鋅鎘多晶，安全易控，節(jié)省能耗，有利于降低成本，且得到的碲鋅鎘多晶品質(zhì)高、無偏析，采用本申請(qǐng)的方法有利于進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供了一種碲鋅鎘多晶的制備方法，包括以下步驟：

A)將碲化鎘粉體與碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體；

B)在真空條件下，將所述混合粉體升溫至600～750℃，保溫，加壓，得到第一燒結(jié)體；

C)對(duì)所述第一燒結(jié)體進(jìn)行一次降溫，卸壓，再進(jìn)行二次降溫，得到碲鋅鎘多晶。

按照本發(fā)明，首先將碲化鎘粉體與碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體。

本發(fā)明中，所述碲化鎘粉體和碲化鋅粉體的來源無特殊限制，為一般市售即可。所述碲化鎘粉體的粒度優(yōu)選小于100目；所述碲化鋅粉體的粒度優(yōu)選小于100目。所述碲化鎘粉體與碲化鋅粉體的質(zhì)量比優(yōu)選為5:(0.03～0.8)，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述質(zhì)量比可以為5:0.03、5:0.05或5:0.8等。本發(fā)明中，將碲化鎘粉體與碲化鋅粉體混合的方式?jīng)]有特殊限制，能夠?qū)⒎垠w原料混合均勻即可，如可以通過機(jī)械攪拌等方式來混合原料，得到混合粉體。

按照發(fā)明，在得到混合粉體后，在真空條件下，將所述混合粉體升溫至600～750℃，保溫，加壓，得到第一燒結(jié)體。

本發(fā)明中，在得到混合粉體后，優(yōu)選抽真空至小于5Pa，在該真空條件下，對(duì)混合粉體升溫，所述升溫的速率優(yōu)選為3～5℃/min，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述升溫的速率可以為3℃/min、4℃/min或5℃/min等。

本發(fā)明優(yōu)選升溫至600～750℃，更優(yōu)選為680～750℃，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，可以升溫至680℃、700℃或750℃等。

本發(fā)明中，升溫至設(shè)定溫度后，保溫一定時(shí)間，所述保溫的時(shí)間優(yōu)選為1～2h，更優(yōu)選為1.5～2h，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述保溫的時(shí)間可以為1.5h或2h等。

本發(fā)明中，優(yōu)選在開始保溫10～30min后，進(jìn)行加壓；所述加壓期間，溫度保持不變；所述加壓的壓強(qiáng)優(yōu)選為10～20MPa，更優(yōu)選為15～17MPa；加壓至設(shè)定值后，優(yōu)選保壓一段時(shí)間，本發(fā)明中，優(yōu)選保持10～30min，更優(yōu)選保持15～20min。本發(fā)明中，在保溫保壓之后，還包括保溫降壓，在所述保溫降壓后，得到第一燒結(jié)體。

按照本發(fā)明，在得到第一燒結(jié)體后，對(duì)所述第一燒結(jié)體進(jìn)行一次降溫，卸壓，再進(jìn)行二次降溫，得到碲鋅鎘多晶。

本發(fā)明中，所述一次降溫優(yōu)選降溫至530～560℃，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，可降溫至550℃；降溫至設(shè)定溫度后，進(jìn)行卸壓，優(yōu)選將剩余壓力卸掉為零；卸壓后，進(jìn)行二次降溫，所述二次降溫優(yōu)選降溫至室溫，如可以降溫至35℃以下，更優(yōu)選降至25～35℃；在進(jìn)行二次降溫后，得到碲鋅鎘多晶。

按照本發(fā)明，優(yōu)選在上述的二次降溫后，得到碲鋅鎘材料；在得到碲鋅鎘材料后，優(yōu)選在真空條件下，將所述碲鋅鎘材料升溫至600～750℃，保溫，加壓，得到第二燒結(jié)體。

本發(fā)明在得到碲鋅鎘材料后，優(yōu)選還包括將所述碲鋅鎘材料破碎至粒度小于100目，得到碲鋅鎘粉體。

本發(fā)明中，在得到碲鋅鎘粉體后，優(yōu)選抽真空至小于5Pa，在該真空條件下，進(jìn)行后續(xù)步驟；本發(fā)明中，在所述真空條件下，優(yōu)選將所述碲鋅鎘粉體升溫至600～750℃，更優(yōu)選為680～750℃；所述升溫的速率優(yōu)選為5～12℃/min，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述升溫的速率可以為10℃/min。

本發(fā)明中，升溫至所述設(shè)定溫度后，保溫一定時(shí)間；所述保溫的時(shí)間優(yōu)選為3～5h。

本發(fā)明中，優(yōu)選在開始保溫10～30min后，進(jìn)行加壓；所述加壓期間，溫度保持不變；所述加壓的壓強(qiáng)優(yōu)選為25～35MPa，更優(yōu)選為25～30MPa；加壓至設(shè)定值后，優(yōu)選保壓一段時(shí)間，本發(fā)明中，優(yōu)選保持30～50min，更優(yōu)選保持40～50min。本發(fā)明中，在保溫保壓之后，還包括保溫降壓，在所述保溫降壓后，得到第二燒結(jié)體。

本發(fā)明中，在得到第二燒結(jié)體后，對(duì)所述第二燒結(jié)體進(jìn)行一次降溫，卸壓，再進(jìn)行二次降溫，得到碲鋅鎘多晶。

本發(fā)明中，所述一次降溫優(yōu)選降至530～560℃，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，可以降溫至550℃；降溫至設(shè)定溫度后，進(jìn)行卸壓，優(yōu)選將剩余壓力卸掉為零；卸壓后，進(jìn)行二次降溫，所述二次降溫優(yōu)選降溫至室溫，如可以降溫至35℃以下，更優(yōu)選降至25～35℃；在進(jìn)行二次降溫后，得到碲鋅鎘多晶。采用本發(fā)明的方法，進(jìn)行二次燒結(jié)，有利于較好的促使碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)，使得到的碲鋅鎘多晶均勻無偏析，品質(zhì)較高。

本發(fā)明中，得到碲鋅鎘多晶后，可對(duì)所述碲鋅鎘多晶進(jìn)行表面處理，如可以通過對(duì)所述碲鋅鎘多晶的表面進(jìn)行打磨等方式，以凈化所述碲鋅鎘多晶。表面處理后，可以根據(jù)需求將所述碲鋅鎘多晶破碎至不同大小的碲鋅鎘多晶?；蝽阡\鎘多晶粉等。

本發(fā)明中，優(yōu)選將混合粉體原料裝于原料容器中并置于燒結(jié)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行上述燒結(jié)過程；在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述原料容器可以為熱壓石墨磨具；所述燒結(jié)設(shè)備可以為熱壓爐。

本發(fā)明提供了一種碲鋅鎘多晶的制備方法，包括以下步驟：A)將碲化鎘粉體與碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體；B)在真空條件下，將所述混合粉體升溫至600～750℃，保溫，加壓，得到第一燒結(jié)體；C)對(duì)所述第一燒結(jié)體進(jìn)行一次降溫，卸壓，再進(jìn)行二次降溫，得到碲鋅鎘多晶。采用本發(fā)明的特定方法，在較低的溫度下即可制備得到碲鋅鎘多晶，安全易控，節(jié)省能耗，有利于降低成本，且得到的碲鋅鎘多晶品質(zhì)高、無偏析，采用本申請(qǐng)的方法有利于進(jìn)行大批量工業(yè)生產(chǎn)。

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。

實(shí)施例1

將5kg粒度小于100目的碲化鎘粉體與0.03Kg粒度小于100目的碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體；將該混合粉體裝入熱壓石墨模具中并置于熱壓爐內(nèi)；將熱壓爐抽真空至小于5Pa，以3℃/min的升溫速率將熱壓爐升溫至680℃，保溫1.5h；在上述保溫開始10min后，進(jìn)行加壓，加至17MPa，保持20min后，開始保溫降壓，在保溫達(dá)1.5h后，開始降溫，降到550℃時(shí)，將剩余壓力卸掉為零，之后降溫至25～35℃，取出熱壓石墨模具并脫模，得到碲鋅鎘材料。將所得碲鋅鎘材料破碎至粒度小于100目，裝入熱壓石墨模具中并置于熱壓爐內(nèi)；將熱壓爐抽真空至小于5Pa，以10℃/min的升溫速率將熱壓爐升溫至680℃，保溫3h；在上述保溫開始10min后，進(jìn)行加壓，加至30MPa，保持40min后，開始保溫降壓，在保溫總時(shí)長(zhǎng)達(dá)3h后，開始降溫，降到550℃時(shí)，將剩余壓力卸掉為零，之后降溫至25～35℃，取出熱壓石墨模具并脫模，得到碲鋅鎘多晶。

利用ICP法對(duì)所得碲鋅鎘多晶進(jìn)行偏析檢測(cè)，即利用原位統(tǒng)計(jì)分布的分析方法分析多晶體中不同位置點(diǎn)的元素含量是否均勻；對(duì)所得碲鋅鎘多晶取4個(gè)以上不同位置的點(diǎn)，分析各位置處Zn元素的質(zhì)量比并做比較，結(jié)果顯示，不同位置點(diǎn)的Zn元素含量十分相近，各位置點(diǎn)Zn元素的質(zhì)量偏差低于0.25％，即所得碲鋅鎘多晶十分均勻，無偏析。

實(shí)施例2

將5kg粒度小于100目的碲化鎘粉體與0.8Kg粒度小于100目的碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體；將該混合粉體裝入熱壓石墨模具中并置于熱壓爐內(nèi)；將熱壓爐抽真空至小于5Pa，以5℃/min的升溫速率將熱壓爐升溫至750℃，保溫2h；在上述保溫開始10min后，進(jìn)行加壓，加至15MPa，保持20min后，開始保溫降壓，在保溫達(dá)2h后，開始降溫，降到550℃時(shí)，將剩余壓力卸掉為零，之后降溫至25～35℃，取出熱壓石墨模具并脫模，得到碲鋅鎘材料。將所得碲鋅鎘材料破碎至粒度小于100目，裝入熱壓石墨模具中并置于熱壓爐內(nèi)；將熱壓爐抽真空至小于5Pa，以10℃/min的升溫速率將熱壓爐升溫至750℃，保溫5h；在上述保溫開始10min后，進(jìn)行加壓，加至28MPa，保持50min后，開始保溫降壓，在保溫總時(shí)長(zhǎng)達(dá)5h后，開始降溫，降到550℃時(shí)，將剩余壓力卸掉為零，之后降溫至25～35℃，取出熱壓石墨模具并脫模，得到碲鋅鎘多晶。

按照實(shí)施例1的方法對(duì)所得碲鋅鎘多晶進(jìn)行偏析檢測(cè)，結(jié)果顯示，不同位置點(diǎn)的Zn元素含量十分相近，各位置點(diǎn)Zn元素的質(zhì)量偏差低于0.04％，即所得碲鋅鎘多晶十分均勻，無偏析。

實(shí)施例3

將5kg粒度小于100目的碲化鎘粉體與0.05Kg粒度小于100目的碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體；將該混合粉體裝入熱壓石墨模具中并置于熱壓爐內(nèi)；將熱壓爐抽真空至小于5Pa，以5℃/min的升溫速率將熱壓爐升溫至700℃，保溫1.5h；在上述保溫開始10min后，進(jìn)行加壓，加至15MPa，保持15min后，開始保溫降壓，在保溫達(dá)1.5h后，開始降溫，降到550℃時(shí)，將剩余壓力卸掉為零，之后降溫至25～35℃，取出熱壓石墨模具并脫模，得到碲鋅鎘材料。將所得碲鋅鎘材料破碎至粒度小于100目，裝入熱壓石墨模具中并置于熱壓爐內(nèi)；將熱壓爐抽真空至小于5Pa，以10℃/min的升溫速率將熱壓爐升溫至700℃，保溫4h；在上述保溫開始10min后，進(jìn)行加壓，加至25MPa，保持40min后，開始保溫降壓，在保溫總時(shí)長(zhǎng)達(dá)4h后，開始降溫，降到550℃時(shí)，將剩余壓力卸掉為零，之后降溫至25～35℃，取出熱壓石墨模具并脫模，得到碲鋅鎘多晶。

按照實(shí)施例1的方法對(duì)所得碲鋅鎘多晶進(jìn)行偏析檢測(cè)，結(jié)果顯示，不同位置點(diǎn)的Zn元素含量十分相近，各位置點(diǎn)Zn元素的質(zhì)量偏差低于0.29％，即所得碲鋅鎘多晶十分均勻，無偏析。

現(xiàn)有技術(shù)中制備碲鋅鎘多晶主要采用的方法是將碲、鋅、鎘單質(zhì)混合，進(jìn)行合成反應(yīng)，而該合成反應(yīng)需要在高溫條件下(通常為1092～1295℃)進(jìn)行才能滿足晶體生長(zhǎng)的需求，這種合成方法容易造成原料器皿炸裂，既不安全，還浪費(fèi)原料，成本較高，單次只能進(jìn)行少量的合成，難以進(jìn)行千克量級(jí)的制備，同時(shí)，這種高溫合成方法穩(wěn)定性差、不易控，容易影響晶體的生長(zhǎng)質(zhì)量，得到的碲鋅鎘多晶中容易造成偏析，難以進(jìn)行大批量生產(chǎn)。相比于現(xiàn)有技術(shù)，按照本發(fā)明的方法，在較低的溫度下即可制備得到碲鋅鎘多晶，安全易控，節(jié)省能耗，有利于降低成本，且得到的碲鋅鎘多晶品質(zhì)高、無偏析，而且可以實(shí)現(xiàn)單次大量合成，采用本申請(qǐng)的方法有利于進(jìn)行大批量工業(yè)生產(chǎn)。

以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。