[发明专利]水热法生长CuI单晶的矿化剂及CuI晶体生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于水热法生长CuI单晶的矿化剂及CuI晶体的生长方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

无机闪烁材料在射线探测领域具有重要的应用前景，然而，目前常用的一些无机闪烁材料由于发光衰减时间大于10纳秒，因此无法满足超高时间分辨射线探测的需求。立方闪锌矿结构的CuI晶体是一种具有快时间响应的无机闪烁材料,其发光衰减时间仅为90ps，而且没有慢成分，有可能在超高计数率电子束测量，γ和X射线测量中发挥重要作用。同时，CuI还是具有直接带隙的P型宽禁带化合物半导体，禁带宽度达3.1eV、激子结合能高（62meV）。因此，这一材料光学和电学特性优异，有望制备出各种新型光电子器件。

获得大尺寸优质的CuI单晶有利于实现该材料在射线探测和半导体领域的应用。CuI是一致熔融化合物，熔点为605℃，但是高温下CuI容易氧化且挥发性强，传统的提拉法等熔体生长工艺很难获得质量好的CuI体单晶。目前，CuI体单晶的生长方法主要有高温升华法(T.Goto and T.Takahashi,J.Phys.Soc.Japan.24,314(1968))、助熔剂法(I.Nakada,H.Ishizuki,and N.Ishihara,Japan.J.Appl.Phys.15,919(1976))、溶胶－凝胶法(H.K.Henisch,J.Dennis,and J.I.Hanoka,J.Phys.Chem.Solids26,493(1965)；A.P.Patel and A.Venkateswara Rao,J.Cryst.Growth38,288(1977)；J.J.O’Connor and A.F.Armington,Mater.Res.Bull.6,765(1971))、以及溶液蒸发法（CN101255599）等。以上一些方法或者由于生长温度较高，得到的晶体质量较差，或者由于生长速度慢，操作较为繁琐，生长大尺寸的晶体还比较困难。

水热法是生长优质大尺寸单晶常用的一种方法。1980年以前，有一些研究者发展了高温水热生长CuI的方法（V.I.Popolitov and A.N.Lobachev,Izv.Akad.Nauk SSSR,Neorg.Mater.9,1062(1973)；V.A.Nikitenko,V.I.Popolitov and S.G.Stoyukhin et al.,Pisma ZhTF5,1177(1979)），但是得到的晶体还是比较差。2008年后，陈达贵等公开了一种生长优质大尺寸CuI单晶的低温水热法（CN101619487B）并且在文献（1）Chen Dagui,Wang Yongjing,Lin Zhang et al，Crystal Growth&Design，10,2057-2060(2010)）中报道了厘米级p型CuI晶体的生长。然而，上述生长CuI单晶的水热法中所使用的矿化剂都包含KI、HI或NH₄I等这些在空气中不稳定的成分，造成了矿化剂较难重复使用，并且使得生长的晶体中由于包含I₂而变得不纯。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种在空气中比较稳定的用于水热法生长CuI单晶的矿化剂及CuI晶体的生长方法。

本发明的技术方案包括如下：

(1)一种用于水热法生长CuI单晶的矿化剂及CuI晶体生长方法，其特征在于：所述的矿化剂为氯化铵和溴化铵的混合物，其中溴化铵的含量为0～90%之间，该矿化剂溶于水所形成的矿化剂水溶液可以应用于水热法生长CuI晶体。

(2)如项1所述的一种用于水热法生长CuI单晶的矿化剂及CuI晶体生长方法，其特征在于：所述的CuI晶体的生长方法为水热法，包括如下步骤：将CuI粉末培养料放入高压釜下部的溶解区，将CuI籽晶放入高压釜的上部生长区，往高压釜中加入权利要求1所述的矿化剂的水溶液，溶质摩尔浓度为0.3～6.0mol/L。控制溶解区温度为100～250℃，生长区的温度为80～230℃，使溶解区的温度高于生长区的温度，控制温差为20～80℃，工作压力为1.0～50MPa，恒温生长，最后降温开釜，即得到CuI晶体。

(3)根据项1和2所述的一种用于水热法生长CuI单晶的矿化剂及CuI晶体生长方法，其特征在于：所述的矿化剂水溶液的在高压釜中的填充度为50～90％。

(4)根据权利要求2所述的一种用于水热法生长CuI单晶的矿化剂及CuI晶体生长方法，其特征在于：所述的溶解区温度优选为200～220℃。