[发明专利]水平区熔生长碲锌镉单晶的装置和方法

权利要求书

1.一种水平区熔生长碲锌镉单晶的装置，其特征在于该装置包括炉体(1)、石英长晶管(2)、区熔长晶舟(3)和镉源舟(4)：

所述的炉体(1)包括温度分别控制的首尾相连的镉源炉(12)和水平区熔长晶炉(11)，水平长晶炉(11)由多个依次排列的小炉子组成；炉体(1)内放置有石英长晶管(2)，该石英长晶管(2)内设有镉源舟(4)和区熔长晶舟(3)，镉源舟(4)位于镉源炉(12)的温控区，区熔长晶舟(3)位于区熔长晶炉(11)的温控区；所述的区熔长晶舟(3)设有头部缩颈(31)和尾部缩颈(32)。

2.根据权利要求1所述的水平区熔生长碲锌镉单晶的装置，其特征在于所述的区熔长晶舟为石墨区熔长晶舟或石英区熔长晶舟。

3.一种水平区熔生长碲锌镉单晶的方法，其特征在于先将碲、锌和籽晶放入区熔长晶舟(3)内、镉放入镉源舟(4)内，再将区熔长晶舟(3)和镉源舟(4)一次性放入石英长晶管(2)中封管后，置于水平区熔炉体(1)中加热，合成碲锌镉锭条，经过多次区熔提纯碲锌镉锭条，再由位于区熔长晶舟(3)的头部缩颈(31)内的籽晶(7)引导在碲锌镉锭条上生长出碲锌镉单晶。

4.根据权利要求3所述的水平区熔生长碲锌镉单晶的方法，其特征在于包括如下步骤：

①将高纯碲与高纯锌或碲化锌合成料置于区熔长晶舟(3)中，将高纯镉放置于镉源舟(4)中，并在区熔长晶舟(3)的头部缩颈(31)内放置一籽晶(7)；

②依次将镉源舟(4)和区熔长晶舟(3)放入石英长晶管(2)内，对石英长晶管(2)抽真空后封管；

③将石英长晶管(2)置于炉体(1)上，使石英长晶管(1)内的区熔长晶舟(3)处于区熔长晶炉(11)的温控区，镉源舟(4)处于镉源炉(4)的温控区；

④同时升高炉体(1)中的区熔长晶炉(11)和镉源炉(12)的温度，待温度升至600℃后，减缓升温速率为45～80℃/h，镉源舟(4)所处的镉源炉(12)的温控区内温度升至780～850℃后不再升高，区熔长晶炉(11)的温控区的温度在850～950℃时预合成碲锌镉锭条；

⑤选择区熔长晶炉(11)中两个间隔距离为150～250mm的小炉子，升高其温度至1150～1200℃，剩余小炉子的温度维持于1000～1050℃，在区熔长晶舟(3)上出现第一熔区(5)和第二熔区(6)，移动区熔长晶炉(11)，使熔区自区熔长晶舟(3)的头部开始向尾部方向移动，移动速度为10～20mm/h，待第一熔区(5)至区熔长晶舟(3)的尾部后，迅速将区熔长晶炉(11)退回至起始位置并停顿5～15分钟，开始下一轮的区熔提纯，经多轮区熔提纯获得高纯度的碲锌镉锭条；

⑥保留第一熔区(5)，并将该熔区移至区熔长晶舟(3)头部缩颈(31)内籽晶(7)的位置，回熔籽晶(7)3～5mm后，再以1～3mm/h的速率进行碲锌镉单晶的生长。

5.根据权利要求4所述的水平区熔生长碲锌镉单晶的方法，其特征在于所述的石英长晶管抽真空后充入氢气或氩气。

6.根据权利要求4所述的水平区熔生长碲锌镉单晶的方法，其特征在于所述的高纯碲和高纯锌依如下方法置于区熔长晶舟(3)中：

根据需要生长的Cd_1-xZn_xTe单晶体选择X值，然后将高纯碲分为三等份均匀铺于区熔长晶舟(3)的头部、中部和尾部，区熔长晶舟(3)中部的高纯锌按照所选定的X值与高纯碲成比例放置，区熔长晶舟(3)头部高纯锌的放置量较区熔长晶舟(3)中部高纯锌的放置量少，区熔长晶舟(3)尾部高纯锌的放置量较区熔长晶舟(3)中部高纯锌的放置量多。

7.根据权利要求4所述的水平区熔生长碲锌镉单晶的方法，其特征在于所述的碲化锌合成料的制备过程是：

①将高纯碲放置于区熔长晶舟(3)内，高纯锌放置于镉源舟(4)内，并将镉源舟(4)和区熔长晶舟(3)分别置于石英长晶管(2)中，该石英长晶管(2)放入炉体(1)中，使区熔长晶舟(3)位于水平区熔长晶炉(11)的温控区，使镉源舟(4)位于镉源炉(12)的温控区；

②升高炉体(1)的温度，并使镉源炉(12)的温控区温度维持于800～900℃：

③选择区熔长晶炉(11)内多只相邻的小炉子，同时加热至1200～1300℃，其余小炉子温度维持于1000～1100℃，在区熔长晶舟(3)上形成单个大熔区，以3～5mm/h的速率缓慢移动区熔长晶炉(11)，生成碲化锌合成料。