[发明专利]一种用于增大碲锌镉单晶率的生长方法及装置

说明书

本发明公开了一种用于增大碲锌镉单晶率的生长方法及装置，该装置包括PBN坩埚、支撑装置、碲锌镉材料、石英坩埚容器及加热单元；碲锌镉材料装入PBN坩埚并密封于石英坩埚容器内；石英坩埚容器置于支撑装置上；PBN坩埚包括籽晶引晶部分、生长放肩部分和等径段生长部分；籽晶引晶部分和生长放肩部分的坩埚厚度一致；PBN坩埚等径段壁厚按照线性比例逐渐减薄；加热单元位于PBN坩埚外侧。该方法包括将多晶碲锌镉材料放入PBN坩埚内、将装有多晶材料的PBN放入石英管坩埚中并对石英管坩埚内进行抽真空处理、将石英坩埚放置到晶体生长炉内并采用VGF法或THM法或布理奇曼法进行晶体生长及生长完成缓慢降温并取出等。本发明可改善固液界面形状，提高获得大单晶的几率。

技术领域

本发明属于光电材料制备技术领域，具体涉及一种用于增大碲锌镉单晶率的生长方法及装置。

背景技术

目前红外焦平面探测器已经大量应用于军事、工业、环境和医学等领域。红外碲镉汞红外探测器芯片以碲锌镉材料为衬底材料。要制备出合格的碲锌镉衬底需要生长出高质量的碲锌镉晶体材料。碲锌镉晶体材料制备主要包括配料、合成、烧封、生长、切割等方面。

碲锌镉晶体生长由于其自身材料的物理化学性质特点因素，导致了晶体材料生长困难，难以获得高质量的大体积单晶体，从而无法提供优质的碲锌镉衬底材料。

国内外常用的晶体生长方法有垂直布里奇曼法、移动加热器法、垂直梯度凝固法等。其基本原理是使液态碲锌镉溶液在一定的垂直梯度条件下缓慢生长，形成可用的碲锌镉晶块。

目前主要采用PBN坩埚作为碲锌镉晶体生长用坩埚，而PBN坩埚热导率分为“a”方向(晶体生长竖直方向)和“c”(晶体生长水平)方向，在900℃以上时，“a”方向热导率为43.7W/m·k，而“c”方向热导率仅为2.8W/m·k。因此，在晶体生长过程中，大部分热量会沿坩埚“a”方向(晶体生长竖直方向)导走，从而导致晶体生长边界温度低于中心温度，该情况会致使固液界面呈凹形，最终影响大单晶的形成。因此需要改进坩埚装置使固液界面呈微凸状，从而可提高大单晶成晶率。

目前未有具体的针对设计碲锌镉晶体生长装置，改进PBN坩埚导热性能来解决生长过程中固液界面形状，从而达到生长大体积单晶的方法。

发明内容

本发明的目的在于设计一种碲锌镉晶体生长装置，可以改善PBN坩埚在生长过程中“a”方向和“c”方向热导率不一致的差异，改善固液界面形状，提高获得大单晶的几率。

为了实现上述目的，本发明的解决方案为：

一种用于增大碲锌镉单晶率的生长装置，包括PBN坩埚、支撑装置、碲锌镉材料、石英坩埚容器及加热单元；所述碲锌镉材料装入PBN坩埚，并密封于石英坩埚容器内；所述石英坩埚容器放置于支撑装置上；所述生长PBN坩埚包括籽晶引晶部分、生长放肩部分和等径段生长部分；所述籽晶引晶部分和生长放肩部分的坩埚厚度一致；所述PBN坩埚等径段壁厚按照线性比例逐渐减薄；所述加热单元位于PBN坩埚外侧，自上而下分别设置加热器a、b和c三组，为晶体生长提供热量，保障稳定的温度场。

所述PBN坩埚的壁厚是一个渐变厚度，位于前端的初始生长段部分厚度最厚，坩埚末段部分厚度最薄。

采用具有高热导率的支撑装置，从而可以减小碲锌镉熔体的过热度。该支撑装置可以采用石墨、氮化硅、碳化硅等具有高热导率的材料。碲锌镉材料在PBN坩埚内采用籽晶引晶的方式进行生长。籽晶腔和放肩部分的PBN坩埚厚度一致，约为2mm～3mm；等径部分坩埚厚度逐渐减薄，坩埚前端壁厚与坩埚末端壁厚比例大于2：1。采用上述装置制备晶体材料，能够通过提高材料外周部分的温度并使晶体的固液界面从凹面转变为更为平坦的界面甚至转变为微凸界面，从而可以获得大体积单晶体。

一种用于增大碲锌镉单晶率的生长方法，其包括如下步骤。