[发明专利]一种THM炉及其生产碲化镉或碲锌镉单晶体的方法

说明书

本发明要求保护一种THM炉及其生长碲化镉或碲锌镉单晶体的方法。本发明在THM炉内，设计了两个THM温度场进行了两次晶体生长，有利于提高晶体质量；一个原位退火温场避免了后退火的再次升温过程，节约能源，同时克服了后退火过程中碲或镉气氛扩散带来的成分不均匀，有利于晶体整体性能的提高。

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种THM炉及其生长碲化镉或碲锌镉单晶体的方法。

背景技术

近年来国际研究发展趋势表明，新一代化合物半导体碲锌镉(CZT)是X 射线和低能γ射线探测器的首选材料。CZT探测器能将x射线或γ射线直接转变成电信号，没有传统闪烁体探测器中光的散射，它是直接转化，其优点是没有间接转化过程中的光的散射，所以空间分辨率高，且结构简单。目前，CZT探测器的应用主要受到CZT晶体性能、产率和成本等几方面的限制，所以价格奇贵。因此发展新一代实用的辐射探测器的关键在于CZT晶体生长和器件制备技术的突破。

近年来研究发现，采用Te熔剂的移动加热器法(Traveling heater method，THM)能够解决晶体生长中的多晶化、电学性能(ρ和μτ值)低、成分分布均匀性差、结构缺陷严重等问题，是极具潜力的CZT晶体生长方法。THM法晶体生长过程中，由于采用了Te熔剂，晶体的生长温度可以从原来的1150℃下降到700～800℃，低温生长能有效减少晶体中的Cd空位缺陷、降低热应力、阻止高温下的固态相变，富Te溶液还可富集、吸收杂质，对晶体起净化作用，从而得到高结晶质量、高纯的晶体。另外，由于采用了籽晶，可以实现晶体定向生长，能有效地减少晶体中的结构缺陷，提高晶体单晶体积和成品率，保证探测器性能的一致性。

传统的THM晶体生长炉的温场分布是抛物线型的，可能在两端加一个保温区，所以其温场分布如图1所示。多温区移动加热器法晶体生长技术 (Traveling Heat Method),存在的缺点或不足：(1)有THM法的晶体生长是从碲溶液中过饱和析出，所以在CZT晶体中存在很多碲的夹杂，成为影响CZT晶体性能提高的最大障碍；(2)由于THM的温场是抛物线结构，具有很大的温度梯度，所以在生长完的CZT晶体中存在很大的应力，影响 CZT性能；(3)虽然现有许多方法采用晶体生长完后切片后退火工艺来消除应力及在碲或镉气氛中退火来消除碲夹杂，但由于气氛中的碲或镉在CZT 晶体中由表面向体内的扩散引起的成分的梯度，导致性能的不均匀，特别在 CZT晶片较厚的情况下尤为明显，限制了在厚CZT方面的应用，如同位素探测需要10mm厚的晶片，用传统的THM生长的CZT很难满足其要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中多温区移动加热器法晶体生长技术存在的不足,提供一种THM炉及其生长碲化镉或碲锌镉单晶体的方法。

为解决上述技术问题，本发明第一方面提供的技术方案如下：一种THM 炉，其包括设置在炉架内的生长炉体，所述生长炉体竖直安装，在所述生长炉体内部中间加热段设有加热装置，其特征在于，所述的加热装置包括三个加热器,形成生长炉体中间加热段的保温区，三个加热器依次从上到下为:第一加热器,第二加热器,第三加热器,所述三个加热器之间分别间隔一段距离,且第一加热器和第二加热器之间设有一导热装置,第二加热器和第三加热器之间设有一导热装置。

本发明优选的技术方案中，第一加热器形成包括第一THM晶体生长区域A，第二加热器形成微区THM晶体生长区域B，第三加热器形成晶体生长完成后的原位退火区域C的整体温度场。

本发明优选的技术方案中，导热装置为304不锈钢板或碳化硅板。

本发明优选的技术方案中，导热装置分别紧贴第一加热器或第二加热器下部设置。

本发明优选的技术方案中，所述第一加热器、第二加热器竖直高度为 10～100mm，优选为10～50mm，所述第三加热器竖直高度为50～500mm。

本发明优选的技术方案中，所述第一加热器和第二加热器之间的间距为 50～200mm。