[发明专利]一种采用PBN坩埚合成碲锌镉晶体的方法及装置

权利要求书

1.一种采用PBN坩埚合成碲锌镉晶体的方法，其特征在于：

利用PBN坩埚作为载体，在PBN坩埚内进行高温合成，实现碲锌镉多晶体材料的制备；

期间，为了防止高温合成条件下材料发生化学反应导致材料溢出，增加高强度密封盖，并通过温度控制空腔Cd压，防止坩埚炸裂；

合成开始，以一定的起始角度熔化材料，使材料充分发生反应；

待反应充分后，通过设定一定的摇摆角度将材料混合均匀，最终达到形成多晶晶锭的目的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)将原材料碲、锌、镉单质按照化学计量配比Cd_1-yZn_yTe放入PBN坩埚内，所述y：0＜y＜0.2；

(2)用密封盖盖住PBN坩埚；

(3)将PBN坩埚放入石英坩埚内，用石英塞固定住密封盖，在高真空环境下完成烧封；碲锌镉材料所占体积与空腔体积比应该满足V_空：V_固＝1.5～3.5之间；

(4)将封装好的石英坩埚放入合成炉内，并用垫棉填充好缝隙，防止合成炉摇摆时石英坩埚与炉管发生碰撞；

(5)设置合成炉起始状态，当固体材料在高温环境下熔化成液态时，合成炉的倾斜角度α应满足液态材料尽可能接近但不会触碰密封盖的状态；

(6)碲、锌、镉单质发生化合反应的温度在300℃～600℃之间，该阶段设置升温斜率为10℃/h～100℃/h；

(7)当温度升高到900℃以上时，应降低升温速率为5℃/h～10℃/h，直至碲锌镉熔点附近1098℃；

(8)继续升温到1100℃～1130℃；

(9)到达目标温度后，炉体开始缓慢摇摆，摇摆角度为起始角度α～90°；摇摆时间10h，使碲锌镉充分混合均匀；

(10)摇摆结束后，使炉体处于竖直状态，摇摆角度为90°；关闭电源，快速降温形成碲锌镉多晶材料。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述碲、锌、镉单质按照化学计量配比Cd_1-yZn_yTe中y＝0.03～0.2。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

所述密封盖为高纯石墨、高纯石英和氮化硼中的一种。

5.一种实现如权利要求1至4任一项所述的采用PBN坩埚合成碲锌镉晶体的方法的装置，其特征在于：

包括炉管(10)、石英坩埚(3)、垫棉(6)、石英塞(1)、碲锌镉材料(5)、PBN坩埚(4)、密封盖(2)、合成炉炉体(7)、保温材料(8)及加热炉丝(9)；

所述PBN坩埚(4)放置在石英坩埚(3)内，石英塞(1)同时固定住密封盖(2)合成炉炉体(7)，在该合成炉炉体(7)中放入绕制有加热炉丝(9)的炉管(10)；

所述加热炉丝(9)设置2段及以上，用于根据工艺要求调节炉体内温场分布；

所述合成炉炉体(7)内填充有保温材料(8)；

所述石英坩埚(3)放置于炉管(10)内，该石英坩埚(3)通过垫棉(6)固定在炉管(10)内的合适位置；

所述石英坩埚(3)通过石英塞(1)在高真空环境下进行烧封；碲锌镉材料(5)放置于PBN坩埚(4)内，PBN坩埚(4)上盖有密封盖(2)，PBN坩埚(4)放置在石英坩埚(3)内，石英塞(1)同时固定住密封盖(2)。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：

所述密封盖(2)设置有一个直径5mm～10mm的小孔，用于平衡空腔部分蒸汽压，防止碲锌镉材料合成过程中Cd压过大。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于：

所述合成炉炉体(7)可以对摇摆角度进行控制。