本發(fā)明涉及一種碲鋅鎘晶體的生長方法及裝置。

背景技術：

0、技術背景

1、碲鋅鎘材料是一種重要的半導體材料，它既可用做碲鎘汞外延材料的襯底，制備和生產(chǎn)高性能的紅外焦平面探測器，也可直接用于制備和生產(chǎn)感應γ射線的高能射線探測器。當前，這兩類探測器已經(jīng)在航天遙感、醫(yī)療設備、安檢和軍事裝備中具有廣泛的應用。和廣泛應用的si材料和gaas材料相比，碲鋅鎘材料的缺陷形成能非常低，熱導率又非常低，生長出的碲鋅鎘晶錠非常容易產(chǎn)生多晶和孿晶。

2、在現(xiàn)有技術當中，有三種主流的生長碲鋅鎘單晶的方法，即垂直布里奇曼法(vb)，垂直梯度凝固法(vgf)和移動加熱器法(thm)等。但是，這些方法都高度依賴籽晶，且存在以下問題：

3、1.在實際的利用籽晶技術進行晶體生長的過程中，由于碲鋅鎘熱導率極低，生成碲鋅鎘晶體時，會釋放結晶潛熱。如果潛熱缺乏散熱通道，會導致界面失穩(wěn)，從而擾亂晶體的定向生長。而且在碲鋅鎘生長過程中，細的[111]晶向的籽晶很難起到引晶作用，而等徑粗[111]定向籽晶很難獲得，成本較高。

4、2.作為襯底使用的碲鋅鎘晶體，其切割面必須選擇(111)面或(211)面。由于孿晶的存在，切割面和生長平面也有較大概率呈一定角度，導致切出的晶片片內(nèi)由于zn的先后分凝導致空間上的分布差異，難以滿足大面陣碲鎘汞紅外探測器對均勻性的要求。

5、3.在使用定向籽晶提供開始階段的形核，但是由于籽晶的zn組分和待生長熔體的組分差異性較大，并不能始終保證晶體順利的從籽晶上順利的定向生長，同時籽晶的加工也會引入雜質(zhì)進而在晶體中引入缺陷。

6、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化多晶合成技術在多晶中產(chǎn)生較多的[111]晶粒，結合特定的生長溫場分布，可以實現(xiàn)晶體生長過程中沿著[111]方向定向生長出碲鋅鎘單晶。因此，本發(fā)明提供一種碲鋅鎘單晶體的生長方法及裝置，以解決傳統(tǒng)晶體生長過程中籽晶難以熔接和碲鋅鎘晶體中晶向難以控制的問題，從而定向生長出大尺寸的碲鋅鎘晶體。

技術實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種碲鋅鎘單晶體的生長方法及裝置，旨在解決籽晶難以熔接和生長的大尺寸碲鋅鎘晶體中晶向難以控制的問題。本發(fā)明的目的采用如下技術方案實現(xiàn):

2、一種碲鋅鎘單晶的生長方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

3、(1)將碲鋅鎘多晶錠放入熱解氮化硼坩堝，所述碲鋅鎘多晶錠是通過預設溫度梯度合成方法獲得，且具有在生長方向呈現(xiàn)[111]晶向團簇晶粒；

4、(2)將熱解氮化硼坩堝放入真空封閉的石英容器內(nèi)，通過計算機控制六溫區(qū)生長爐來完成多晶材料的融化過程，在正式生長前，在底部中心形成直徑不小于30mm范圍的多晶不熔化，其余部分全部融化的固液界面分布結構；

5、(3)保溫預設時間后，采用vgf方式實現(xiàn)兩步降溫；

6、具體地，在降溫1階段，形成初始溫度梯度，并保溫預設時間后，完成[111]晶核的淘汰，兼并和生長；在降溫2階段，在預設的溫場分布下，完成固液界面的穩(wěn)定持續(xù)推進，實現(xiàn)單晶的連續(xù)生長；最后，降至室溫，獲得碲鋅鎘單晶。

7、進一步地，步驟(1)中，所述預設溫度梯度范圍為10℃/mm～50℃/mm。

8、進一步地，步驟(2)中，所述預設的溫場分布如下：pbn坩堝底部中心溫度為1070℃-1080℃，pbn底部側壁溫度為1092℃-1098℃,pbn坩堝尾部側壁溫度為1105℃-1120℃。

9、進一步地，步驟(3)中降溫1階段的保溫時間為10-20小時，降溫2階段固液界面移動速度為0.1-1mm/h。

10、另外，設計了一種采用上述生長方法的生長裝置，其特征在于，所述裝置包括六溫區(qū)分段加熱爐(1)，石英安瓿(2)，熱電偶(3)，熱電偶(4)，熱電偶(5)，碳化硅導熱結構(6)，氧化鋁爐膛(7)，熱解氮化硼坩堝(8)，其中所述熱解氮化硼坩堝作為容器，其高度為70-180mm，直徑90mm-130mm，坩堝側壁之間夾角1-15°。

11、進一步地，采用熱壓燒結的碳化硅作為支撐導熱桿，支撐導熱桿直徑20mm-40mm，長度300mm-600mm，中間設一個3-10mm的通道以放置熱電偶。

技術特征：

1.一種碲鋅鎘單晶的生長方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述預設溫度梯度范圍為10℃/mm～50℃/mm。

3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述預設的溫場分布如下：pbn坩堝底部中心為1070℃-1080℃，pbn底部側壁為1092℃-1098℃,pbn坩堝尾部側壁為1105℃-1120℃。

4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中降溫1階段的保溫時間為10-20小時，降溫2階段固液界面移動速度為0.1-1mm/h。

5.一種采用如權利要求1所述生長方法的生長裝置，其特征在于，所述裝置包括六溫區(qū)分段加熱爐(1)，石英安瓿(2)，熱電偶(3)，熱電偶(4)，熱電偶(5)，碳化硅導熱結構(6)，氧化鋁爐膛(7)，熱解氮化硼坩堝(8)，其中所述熱解氮化硼坩堝作為容器，其高度為70-180mm，直徑90mm-130mm，

6.根據(jù)權利要求4所述的生長裝置，其特征在于，采用熱壓燒結的碳化硅作為支撐導熱桿，支撐導熱桿直徑20mm-40mm，長度300mm-600mm，中間設一個3-10mm的通道以放置熱電偶。

技術總結
本發(fā)明公開了一種碲鋅鎘單晶的生長方法及裝置，其特征在于，所述方法包括以下步驟：(1)將碲鋅鎘多晶錠放入熱解氮化硼坩堝，所述碲鋅鎘多晶錠是通過預設溫度梯度合成方法獲得，且具有在生長方向呈現(xiàn)[111]晶向團簇晶粒；(2)將熱解氮化硼坩堝放入真空封閉的石英容器內(nèi)，通過計算機控制六溫區(qū)生長爐來完成多晶材料的融化過程，在正式生長前，在底部中心形成直徑不小于30mm范圍的多晶不熔化，其余部分全部融化的固液界面分布結構；(3)保溫預設時間后，采用VGF方式實現(xiàn)兩步降溫；在降溫1階段，形成初始溫度梯度，并保溫預設時間后，完成[111]晶核的淘汰，兼并和生長；在降溫2階段，完成固液界面的穩(wěn)定持續(xù)推進，實現(xiàn)單晶的連續(xù)生長；最后，降至室溫，獲得碲鋅鎘單晶。本發(fā)明實現(xiàn)了在無籽晶條件下生長高單晶率的碲鋅鎘晶體的效果。

技術研發(fā)人員：徐超,李尚書,周昌鶴
受保護的技術使用者：中國科學院上海技術物理研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26