專利名稱：移動(dòng)加熱器法生長(zhǎng)碲鋅鎘晶體的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體制備裝置，特別是一種碲鋅鎘晶體的制備裝置，可用于獲得高純度的碲鋅鎘晶體，制備符合作為探測(cè)器級(jí)別要求的特種晶體材料。
背景技術(shù)：
由于CdZnTe(CZT)具有較高的平均原子序數(shù)和較大的禁帶寬度，所以CZT探測(cè)器具有較大的吸收系數(shù)、較高的計(jì)數(shù)率，尤其是不需任何的冷卻設(shè)備就能在室溫下工作，因而體積較小、使用更加方便。目前，CZT探測(cè)器的廣泛應(yīng)用主要受到晶體性能、體積和成本等幾方面的限制，晶體的制備方法主要是采用高壓布里奇曼法或改進(jìn)的垂直布里奇曼法生長(zhǎng)CZT晶體。但是，這兩種方法通常為了獲得高電阻晶體，常采用摻入淺施主雜質(zhì)來(lái)補(bǔ)償晶 體中的淺受主的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但使兩者濃度接近相等是難以達(dá)到的，必需引入深能級(jí)來(lái)“釘扎”剩余淺能級(jí)。但是深能級(jí)是陷阱和復(fù)合中心，如引入的深能級(jí)密度如大于1013/cm3，將極大地降低μ τ (載流子壽命與遷移率的乘積)值。為此研究人員做了大量的研究工作，提出了許多方法，如設(shè)法加強(qiáng)淺缺陷的自補(bǔ)償，以此來(lái)減少對(duì)深能級(jí)的需求。但是種種措施都要建立在晶體中雜質(zhì)濃度足夠低的條件下才有意義。一味地追求高純?cè)喜粫?huì)是一條有效的途徑，絕對(duì)的高純是不可能實(shí)現(xiàn)的，即使采用最好的7Ν原料，仍然不可避免來(lái)自石英管壁、碳膜中的和裝料封管過程中引入的鈉等雜質(zhì)元素的污染，因此開拓一種能在晶體生長(zhǎng)過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)提純、排雜的方法是進(jìn)一步提升晶體質(zhì)量獲得具有高分辨率能譜級(jí)晶體的重要途徑，已經(jīng)成為亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自動(dòng)化操作、溫度可精確控制的碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)設(shè)備，從而能獲得較大面積的探測(cè)器級(jí)碲鋅鎘晶體。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種移動(dòng)加熱器法生長(zhǎng)碲鋅鎘晶體的裝置，包括爐架、設(shè)置于爐架上方的生長(zhǎng)爐體，裝載碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)材料的石英料管置于氧化鋁支撐桿上，氧化鋁支撐桿置于生長(zhǎng)爐體內(nèi)，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和搜書生長(zhǎng)爐體共同控制晶體生長(zhǎng)過程的溫度，生長(zhǎng)爐體豎直安裝，生長(zhǎng)爐體的中間加熱段設(shè)有高頻電磁感應(yīng)加熱器，生長(zhǎng)爐體的上段和下段為上下電阻加熱爐，上下電阻加熱爐形成生長(zhǎng)爐體中間加熱段的保溫區(qū)，氧化鋁支撐桿的底端與伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)主軸傳動(dòng)端同軸固定連接，伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)氧化鋁支撐桿帶動(dòng)石英料管轉(zhuǎn)動(dòng)，生長(zhǎng)爐體的外部還設(shè)有伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)，伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)生長(zhǎng)爐體在豎直方向上進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)，伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)的指令信號(hào)輸入端與控制系統(tǒng)的信號(hào)輸出端信號(hào)連接，在碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)過程中，紅外測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)點(diǎn)的溫度，并將溫度數(shù)值反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制高頻電磁感應(yīng)加熱器和上下電阻加熱爐的輸出功率，從而使碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)溫度穩(wěn)定在設(shè)定值，控制系統(tǒng)控制伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)并使碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)材料處于生長(zhǎng)爐體的中間加熱段，控制系統(tǒng)控制伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)勻速上升，同時(shí)控制伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使石英料管勻速旋轉(zhuǎn)。上述高頻電磁感應(yīng)加熱器的溫度設(shè)置為700 950°C之間，上下電阻加熱爐的溫度保持為400 600°C之間，保溫時(shí)間為12 48h，伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)的上升速度為O. 01 2mm/h,伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速度為5 20r/min。上述的生長(zhǎng)材料為核輻射探測(cè)器級(jí)別的碲鋅鎘晶體。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)
I.利用本發(fā)明移動(dòng)加熱器法生長(zhǎng)碲鋅鎘晶體的裝置獲得高純度的碲鋅鎘晶體與過去常用的布里奇曼法制備碲鋅鎘晶體的設(shè)備和方法不同。布里奇曼法生長(zhǎng)碲鋅鎘晶體，生長(zhǎng)溫度較高在1150°C左右。采用移動(dòng)碲溶劑熔區(qū)法生長(zhǎng)碲鋅鎘晶體，晶體的生長(zhǎng)溫度可以從 1150°C下降到700 900°C，這將極大地減少來(lái)自石英管的雜質(zhì)對(duì)熔體的沾污，更為重要的是移動(dòng)溶劑熔區(qū)法在生長(zhǎng)過程中存在一個(gè)區(qū)熔的過程，所以在生長(zhǎng)過程中由于雜質(zhì)分凝，能極大地降低雜質(zhì)的濃度，如Na和Ag在CZT中的分凝系數(shù)分別為O. 001和O. 05。另外，移動(dòng)碲溶劑法采用籽晶引晶可以實(shí)現(xiàn)晶體定向生長(zhǎng)，提高晶體單晶體積和成品率，有利于獲得大體積單晶。2.本發(fā)明移動(dòng)加熱器法生長(zhǎng)碲鋅鎘晶體的裝置采用移動(dòng)加熱器法，生長(zhǎng)過程中紅外測(cè)溫儀能夠監(jiān)測(cè)溫度，并通過歐陸表對(duì)溫度進(jìn)行精確控制，完全達(dá)到自動(dòng)化晶體生長(zhǎng)的要求；伺服旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和伺服傳動(dòng)系統(tǒng)能夠精確的運(yùn)轉(zhuǎn)，保證了晶體生長(zhǎng)過程中的穩(wěn)定性及晶體的聞品質(zhì)。


圖I是本發(fā)明移動(dòng)加熱器法生長(zhǎng)碲鋅鎘晶體的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下
實(shí)施例一
參見圖1，本實(shí)施例移動(dòng)加熱器法生長(zhǎng)碲鋅鎘晶體的裝置，包括爐架7、設(shè)置于爐架7上方的生長(zhǎng)爐體，裝載碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)材料的石英料管置于氧化鋁支撐桿上，氧化鋁支撐桿置于生長(zhǎng)爐體內(nèi)，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)3和搜書生長(zhǎng)爐體共同控制晶體生長(zhǎng)過程的溫度，生長(zhǎng)爐體豎直安裝，生長(zhǎng)爐體的中間加熱段設(shè)有高頻電磁感應(yīng)加熱器2，生長(zhǎng)爐體的上段和下段為上下電阻加熱爐I，上下電阻加熱爐I形成生長(zhǎng)爐體中間加熱段的保溫區(qū)，氧化鋁支撐桿的底端與伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5的旋轉(zhuǎn)主軸傳動(dòng)端同軸固定連接，伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5驅(qū)動(dòng)氧化鋁支撐桿帶動(dòng)石英料管轉(zhuǎn)動(dòng)，生長(zhǎng)爐體的外部還設(shè)有伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)4,伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)4驅(qū)動(dòng)生長(zhǎng)爐體在豎直方向上進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)，伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5和伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)4的指令信號(hào)輸入端與控制系統(tǒng)6的信號(hào)輸出端信號(hào)連接，在碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)過程中，紅外測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)點(diǎn)的溫度，并將溫度數(shù)值反饋給控制系統(tǒng)6，控制系統(tǒng)6控制高頻電磁感應(yīng)加熱器2和上下電阻加熱爐I的輸出功率，從而使碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)溫度穩(wěn)定在設(shè)定值，控制系統(tǒng)6控制伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5并使碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)材料處于生長(zhǎng)爐體的中間加熱段，控制系統(tǒng)6控制伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)4勻速上升，同時(shí)控制伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5使石英料管勻速旋轉(zhuǎn)。在本實(shí)施例中，碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)過程中，紅外測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)生長(zhǎng)點(diǎn)溫度，并將溫度示數(shù)反饋給控制系統(tǒng)6，控制系統(tǒng)6通過反饋回的溫度來(lái)控制生長(zhǎng)爐體各區(qū)段的輸出功率，從而使碲鋅鎘晶體的生長(zhǎng)溫度穩(wěn)定在設(shè)定值；伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5和伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)4能夠精確的運(yùn)轉(zhuǎn)，保證了碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)過程中機(jī)械運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性；循環(huán)冷卻水系統(tǒng)3保證了碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)過程中的安全。本實(shí)施例的具體工藝步驟方法如下將裝有CdZnTe晶體的石英管置于由伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5控制的氧化鋁支撐桿上，上升伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5使碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)材料處于生長(zhǎng)爐體的中間加熱段。高頻電磁感應(yīng)加熱器2溫度設(shè)置為900°C，上下電阻加熱爐I溫度設(shè)置為500°C，碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)材料在生長(zhǎng)爐體中的保溫12h后，以O(shè). 02mm/h的速度上升生長(zhǎng)爐體，同時(shí)通過氧化鋁支撐桿以6r/min的速度使裝載碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)材料的石英料管勻速旋轉(zhuǎn)。本實(shí)施例移動(dòng)加熱器法生長(zhǎng)碲鋅鎘晶體的裝置，溫度可精確控制的碲鋅鎘晶體生 長(zhǎng)設(shè)備，從而能獲得較大面積的探測(cè)器級(jí)碲鋅鎘晶體。采用本實(shí)施例移動(dòng)加熱器法生長(zhǎng)碲鋅鎘晶體的裝置，操作簡(jiǎn)單，程序設(shè)定完成后可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。并且降低了晶體生長(zhǎng)溫度，少了雜質(zhì)的污染，同時(shí)區(qū)熔的過程的存在對(duì)晶體起到了提純的作用，最終獲得高純度的碲鋅鎘晶體，完全符合作為探測(cè)器材料的要求。實(shí)施例二
本實(shí)施例與實(shí)施例一的技術(shù)方案基本相同，特別之處在于
在本實(shí)施例中，高頻電磁感應(yīng)加熱器2溫度設(shè)置為800°C，碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)材料在生長(zhǎng)爐體中的保溫24h后，最終得到碲鋅鎘晶體。實(shí)施例三
本實(shí)施例與前述實(shí)施例的技術(shù)方案基本相同，特別之處在于
在本實(shí)施例中，以O(shè). 05mm/h的速度上升生長(zhǎng)爐體，同時(shí)通過氧化招支撐桿以15r/min的速度使裝載碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)材料的石英料管勻速旋轉(zhuǎn)，最終得到碲鋅鎘晶體。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化。凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明移動(dòng)加熱器法生長(zhǎng)碲鋅鎘晶體的裝置的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)加熱器法生長(zhǎng)碲鋅鎘晶體的裝置，包括爐架(7)、設(shè)置于所述爐架(7)上方的生長(zhǎng)爐體，裝載碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)材料的石英料管置于氧化鋁支撐桿上，氧化鋁支撐桿置于所述生長(zhǎng)爐體內(nèi)，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)(3)和搜書生長(zhǎng)爐體共同控制晶體生長(zhǎng)過程的溫度，其特征在于所述生長(zhǎng)爐體豎直安裝，所述生長(zhǎng)爐體的中間加熱段設(shè)有高頻電磁感應(yīng)加熱器(2)，所述生長(zhǎng)爐體的上段和下段為上下電阻加熱爐(1)，所述上下電阻加熱爐(I)形成所述生長(zhǎng)爐體中間加熱段的保溫區(qū)，所述氧化鋁支撐桿的底端與伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(5)的旋轉(zhuǎn)主軸傳動(dòng)端同軸固定連接，所述伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(5)驅(qū)動(dòng)所述氧化鋁支撐桿帶動(dòng)石英料管轉(zhuǎn)動(dòng)，所述生長(zhǎng)爐體的外部還設(shè)有伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)(4)，所述伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)(4)驅(qū)動(dòng)所述生長(zhǎng)爐體在豎直方向上進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)，所述伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(5)和所述伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)(4)的指令信號(hào)輸入端與控制系統(tǒng)(6)的信號(hào)輸出端信號(hào)連接，在碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)過程中，紅外測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)點(diǎn)的溫度，并將溫度數(shù)值反饋給所述控制系統(tǒng)(6 )，所述控制系統(tǒng)(6)控制所述高頻電磁感應(yīng)加熱器(2)和所述上下電阻加熱爐(I)的輸出功率，從而使碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)溫度穩(wěn)定在設(shè)定值，所述控制系統(tǒng)(6)控制所述伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(5)并使碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)材料處于所述生長(zhǎng)爐體的中間加熱段，所述控制系統(tǒng)(6)控制所述伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)(4)勻速上升，同時(shí)控制所述伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(5)使所述石英料管勻速旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的移動(dòng)加熱器法生長(zhǎng)碲鋅鎘晶體的裝置，其特征在于所述高頻電磁感應(yīng)加熱器(2)的溫度設(shè)置為700 950°C之間，所述上下電阻加熱爐(I)的溫度保持為400 600°C之間，保溫時(shí)間為12 48h，所述伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)(4)的上升速度為O.01 2mm/h,所述伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(5)的轉(zhuǎn)速度為5 20r/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的移動(dòng)加熱器法生長(zhǎng)碲鋅鎘晶體的裝置，其特征在于所述的生長(zhǎng)材料為核輻射探測(cè)器級(jí)別的碲鋅鎘晶體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種移動(dòng)加熱器法生長(zhǎng)碲鋅鎘晶體的裝置，設(shè)有高頻電磁感應(yīng)加熱器和上下電阻加熱爐，上下電阻加熱爐形成生長(zhǎng)爐體中間加熱段的保溫區(qū)，伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)氧化鋁支撐桿帶動(dòng)石英料管轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)生長(zhǎng)爐體在豎直方向上進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)，控制系統(tǒng)控制高頻電磁感應(yīng)加熱器和上下電阻加熱爐的輸出功率，并控制伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)并使碲鋅鎘晶體生長(zhǎng)材料處于生長(zhǎng)爐體的中間加熱段，控制系統(tǒng)控制伺服直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)勻速上升，同時(shí)控制伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使石英料管勻速旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明裝置制備碲鋅鎘晶體，能降低了晶體生長(zhǎng)溫度，減少了雜質(zhì)污染，同時(shí)區(qū)熔過程的存在對(duì)晶體起到了提純的作用，最終獲得高純度的碲鋅鎘晶體，完全符合作為探測(cè)器材料要求。
文檔編號(hào)C30B29/46GK102864496SQ20121034983
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者王林軍, 魏高力, 張繼軍, 閔嘉華, 梁曉燕 申請(qǐng)人:上海大學(xué)