碲溶剂溶液法生长碲锌镉晶体的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102230213A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102230213A(43)申请公布日2011.11.02(21)申请号201110150914.2(51)Int.Cl.(22)申请日2011.06.08C30B7/08(2006.01)C30B29/46(2006.01)(71)申请人上海大学地址200444上海市宝山区上大路99号(72)发明人闵嘉华王东梁小燕刘伟伟孙孝翔李辉孟利敏张继军王林军郭昀张涛滕家琪(74)专利代理机构上海上大专利事务所(普通合伙)31205代理人顾勇华权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称碲溶剂溶液法生长碲锌镉晶体的方法(57)摘要本发明涉及碲溶剂溶液法生长碲锌镉晶体的装置和方法，属特殊晶体生长技术领域。其特点包括：将化学计量配比满足Cd1-xZnxTe(x=0.04～0.5)的纯度为7N的高纯Cd、Zn、Te原料装入石英坩埚内，再向其中加入质量百分数为30%～80%的过量Te，抽真空熔封并在摇摆炉中合成；将合成结束的石英坩埚放入晶体生长装置中，由于过量Te的加入，晶体的生长温度可以从1092℃～1295℃下降到700～900℃；晶体生长过程开始之前，使石英坩埚处于高温区，使其内部的碲锌镉多晶和溶剂Te均处于液相，然后以0.04～2mm/h的速度上升炉体，温度梯度区的温度梯度在15-25℃/cm，随着温度的降低，溶液中碲锌镉的饱和度下降，则坩埚底部不断饱和析出碲锌镉晶体，同时采用不同的施主掺杂（In、Cl-1、Al等）来提高碲锌镉晶体的电阻率，从而制备出探测器级碲锌镉晶体。采用本发明生长碲锌镉晶体显著降低了晶体的生长温度、晶体中杂质浓度及晶体中的缺陷密度。CN1023ACCNN110223021302230215A权利要求书1/1页1.一种碲溶剂溶液法生长碲锌镉晶体的方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：a．按照化学计量配比，将满足化学式Cd1-xZnxTe中x=0.04~0.5的纯度为7N的高纯Cd、Zn、Te原料装入尖端有角度的高纯石英坩埚内，再额外加入原料质量总和的30%～80%的过量Te，同时进行施主掺杂，以提高晶体的电阻率，然后抽真空至2.0×10-4Pa后熔封石英坩埚，得到碲锌镉多晶及溶剂Te的混合物；b．将上述装有碲锌镉的多晶料混合物的石英坩埚放入摇摆炉中进行合成反应，缓慢升温至500℃保温3h，然后再缓慢升温至1000℃保温24h，保温的过程中摇摆炉缓慢摇动使石英坩埚内的原料充分反应，随后缓慢的降温至室温，合成结束；c．将上述合成结束的石英坩埚放入晶体生长炉中，晶体生长炉的高温区温度设置为850～950℃，低温区温度设置为500～600℃，温度梯度区温度设置为800～900℃，并使其温度梯度区的温度梯度在15-25℃/cm；晶体生长过程开始之前，将石英坩埚处于高温区保温24h，使其内部的碲锌镉多晶和溶剂Te均处于液相，调整炉体，随后以0.04～2mm/h的速度上升炉体，同时确保支撑杆保持静止不动，相当于石英坩埚以相同的速率下降，经过温度梯度区时，随着温度的降低，Te溶剂中碲锌镉的饱和度下降，当温度降到一定时，低温端的饱和溶液饱和析出碲锌镉，即坩埚底部生长出碲锌镉晶体；当石英坩埚经过整个温度梯度区，生长结束，溶液中的大部分碲锌镉已经饱和析出，形成碲锌镉晶锭，尾部则是是CdZnTe-Te混合物；d．将生长结束的晶锭从石英坩埚中取出，去除尾部的CdZnTe-Te混合物，前端部分即为碲溶剂溶液法生长出的自由选晶的碲锌镉晶体。2CCNN110223021302230215A说明书1/3页碲溶剂溶液法生长碲锌镉晶体的方法技术领域[0001]本发明涉及一种碲溶剂溶液法生长碲锌镉晶体的方法，属特殊晶体生长工艺技术领域。背景技术[0002]碲锌镉Cd1-xZnxTe(CZT)是一种具有广泛应用前景的半导体材料，其单晶材料的制备一直受到人们的广泛关注。由于CdZnTe（CZT）单晶体其禁带宽度能隙大(Ｅg=1.70eV)，主要成分Cd、Te原子序数高、电阻率高(1011Ω·cm)、电子和空隙迁移率大(μe=1100cm/V·s,μh=100cm/V·s)、能量探测范围宽(10keV～6MeV)、能量分辨率高、抗中子和质子辐射损伤阈值亦较高，所以CZT探测器具有较大的吸收系数、较高的计数率，尤其是不需任何的冷却设备就能在室温下工作，因而体积较小、使用更加方便。但是CdZnTe单晶体本身的生长难度大，并且原始晶体的生长过程中因为各种环境因素的产生外在环境制约生成难度较大，通常晶体质量很难达到一般商业用户对于探测器制定的工业标准。目前，CZT探测器的广泛应用主要受到晶体性能、体积和成本等几方面的限制，晶体的制备方法主要是采用高压布里奇曼