[发明专利]移动碲溶剂熔区法生长碲锌镉晶体的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种移动碲溶剂熔区碲锌镉晶体生长方法和装置，属特殊晶体生长工艺技术领域。

背景技术

由于CdZnTe(CZT)具有较高的平均原子序数和较大的禁带宽度，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。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法或改进的垂直布里奇曼法生长CZT晶体。

但是，这两种方法通常为了获得高阻晶体，常采用掺入浅施主杂质来补偿晶体中的浅受主的办法来实现，但使两者浓度接近相等是难以达到的，必需引入深能级来“钉扎”剩余浅能级。但是深能级是陷阱和复合中心，如引入的深能级密度如大于10¹³/cm3，将极大地降低μτ(载流子寿命与迁移率的乘积)值。为此研究人员做了大量的研究工作，提出了许多方法，如设法加强浅缺陷的自补偿，以此来减少对深能级的需求。但是种种措施都要建立在晶体中杂质浓度足够低的条件下才有意义。一味地追求高纯原料不会是一条有效的途径，绝对的高纯是不可能实现的，即使采用最好的7N原料，仍然不可避免来自石英管壁、碳膜中的和装料封管过程中引入的钠等杂质元素的污染，因此开拓一种能在晶体生长过程中实现自动提纯、排杂的方法是进一步提升晶体质量获得具有高分辨率能谱级晶体的重要途径。

而移动碲溶剂熔区法恰恰具有能满足这一要求的优势，采用移动碲溶剂熔区法，晶体的生长温度可以从原来的1150℃下降到700～900℃，这将极大地减少来自石英管的杂质对熔体的污染，更为重要的是移动溶剂熔区法在生长过程中存在一个区熔的过程，所以在生长过程中由于杂质分凝，能极大地降低杂质的浓度。另外，移动碲溶剂法采用籽晶引晶可以实现晶体定向生长，提高晶体单晶体积和成品率。有利于获得大体积单晶。

发明内容

本发明要解决的技术问题：本发明提供了一种碲溶剂熔区法制备Cd_1-xZn_xTe(x＝0.04～0.8)晶体的方法及其装置。本发明能够在700～900℃的温度下制备碲锌镉晶体。在生长管中设计一段含Te量较高的区域(富Te30％～80wt％)，称为富Te合金熔区，生长时此区域由高频电磁感应加热器加热使其成为由Te作溶剂的饱和溶液，然后随着炉体上升，熔体上部不断溶解多晶棒，下部不断析出碲锌镉单晶体，即实现了Te熔区的移动，最终，Te熔区完全通过多晶棒，碲锌镉单晶全部析出到籽晶上后生长完成。采用本发明生长碲锌镉晶体显著降低了晶体的生长温度和晶体中杂质浓度。

本发明采用如下技术方案：

一种移动碲溶剂熔区法生长碲锌镉晶体的方法，包括以下步骤：

①按照化学计量配比将满足Cd_1-xZn_xTe(x＝0.04～0.8)的纯度为99.99999％(后称作“7N”)的高纯Cd、Zn、Te原料装入平底合料高纯石英管内，抽真空至2.5×10^-4Pa后封结石英管，并在摇摆炉中合料，记为多晶棒；

②按照化学计量配比将满足Cd_1-xZn_xTe(x＝0.04～0.8)的7N高纯Cd、Zn、Te原料装入另一高纯石英管内，加入原料质量百分数为30％～80％的过量Te并在摇摆炉中合料，抽真空至2.5×10^-4Pa后封结石英管，记为富Te合金；

③将合成好的的多晶棒、富Te合金取出清洗、腐蚀，去除表面杂质和污染，然后按照籽晶(成分与多晶棒相同)、富Te合金、多晶棒的顺序进行装料，抽真空至2.5×10^-4Pa后封结。