[发明专利]一种碲锌镉单晶的新型单晶炉及生长工艺

说明书

技术领域

本发明涉及单晶制备技术领域，特别是一种碲锌镉单晶的新型单晶炉及生长工艺。

背景技术

碲锌镉单晶体具有较宽的带隙，较高的红外透过率，是一种理想的用于生长碲镉汞外延薄膜的衬底材料。同时，由于其具有能量分辨率高、本征探测效率高、体积小、可在常温下使用等优点，是制造室温核辐射探测器最为理想的半导体材料。为了获得大尺寸、高质量的碲锌镉CdZnTe单晶体。长期以来，人们采用多种生长方法进行了碲锌镉单晶体生长的研究，包括：气相法、垂直布里奇曼法、区熔法、助熔剂法、垂直梯度凝固法、移动加热区法、水平布里奇曼法、高压布里奇曼法、柴可拉斯基法、微重力条件下晶体生长等。其中，垂直梯度凝固法生长碲锌镉晶体是近些年来普遍采用的熔体生长方法。这些方法各具有不同的特点，具有一定的实用性。但其中多数方法操作比较复杂，生长时间较长，晶体质量不够理想。特别是大都设有机械升降运动部件，在晶体生长过程中，拌有升降运动，容易发生震动，影响单晶质量。因此，需要对其进行融合改进，提出一种更好的生长设备和生长工艺，以满足工业生产和科研对碲锌镉单晶体的需要，并且获得更为优质环保节能操作简便的效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种碲锌镉单晶的新型单晶炉及生长工艺。本发明融合了多种碲锌镉单晶生长的先进设备和先进工艺，形成了碲锌镉单晶生长的新型炉和新型工艺。实现碲锌镉单晶在生长过程中，坩埚在炉膛中的位置固定不动，利用炉内温场的温度梯度位置变化来取代现有的升降装置，从而达到生长晶体的目的，省去了机械运动，形成无震动生长环境，分区灵活地控制生长温度，大大缩短了升温化料和接籽晶的时间，提高了单晶的质量和生产效率。而且整机结构紧凑，占地面积小，减少设备成本，安装简单，并且程序化控制，运行精确，重复性稳定。利用该设备可较快生成大直径碲锌镉单晶体。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种碲锌镉单晶的新型单晶炉，设有炉体和加热电源，在炉膛内设有石英管，石英管内设有坩锅，坩锅内下方设有籽晶腔，在石英管下方设有支撑架，炉膛的上下两端设有密封堵头，其特征是：所述炉体的炉膛内从下到上依次设有九个加热区，即：第一区、第二区、第三区、第四区、第五区、第六区、第七区、第八区、第九区；每个区各自设有与电源柜连通的电极和电缆；并且还设有温控系统，每个区各自设有自控开关，并通过信号线与控制器进行控制连接，在每个区还设有控温电偶和测温测温电偶，每个区中间位置放置控温电偶即：控温电偶1-控温电偶9；同时，在籽晶的头部、尾部、放肩部末端和晶体生长中部及尾部分别放置测温电偶即：测温电偶1-测温电偶5；所述控温电偶和测温电偶与控制器进行信号连接，温控系统通过测温电偶所测量得到的实际晶体表面温度，调整控温电偶所对应区域内加热电源功率大小，以实现不同区域内的温度控制；电源柜、电缆、电极、控温电偶、测温电偶和控制器组成温控系统。

在炉膛里设有压力传感器，该压力传感器与所述控制器进行信号连接，当炉膛内压力不符合设置的正常值时，启动设置的报警器进行报警，并发出报警信号。

所述控制器还设有无线信号发送或接收模块，能将生长炉的运行温度、压力、时间信号、报警信号无线发送给设置的监控服务器和值班人员手机上，并接收监控服务器的监控信号。

本发明所述的碲锌镉单晶的单晶炉的单晶生长工艺，其特征包括以下步骤：

1)配料、封管：

将已经制备合成好的碲锌镉多晶料，其化学计量配比满足：Cd_1-xZn_xTe，其中x＝0.04-0.2，纯度为99.99999％的过量的Te和<111>方向的籽晶，从上到下依次装入PBN坩埚内，坩埚再放入石英管内，加盖石英帽，然后抽真空，当石英管内真空达到1-5×10^-5Pa后，使用氢氧焰焊枪将石英帽融化，完成石英管的密封；

2)装炉：

将密封后的石英管垂直装入单晶炉内，调节底部支撑高度，使该坩埚内的碲锌镉多晶料对应单晶炉的第4、5、6区；

3)安装电偶

分别在单晶炉的第一区、第二区、第三区、第四区、第五区、第六区、第七区、第八区、第九区取中间位置放置控温热电偶即：控温电偶1-控温电偶9；同时，在该籽晶的头部和尾部、放肩部分末端和晶体生长中部及尾部也分别放置测温热电偶即：测温电偶1-测温电偶5；

4)数据输入：