[发明专利]一种高阻碲锌镉晶体制备装置及方法

说明书

本发明涉及晶体生产技术领域，特别涉及一种高阻碲锌镉晶体制备装置，石英坩埚置于晶体生长炉内且通过驱动装置在竖直导轨上运动，超声波发生器位于晶体生长界面上方并沿圆弧形导轨做圆周运动。该方法如下：将碲、锌、镉、掺杂元素加入石英坩埚中，抽真空且封装后放入晶体生长炉中，分段加热使原材料完全融化；开启超声波发生器并沿圆弧形导轨旋转；石英坩埚下降的同时增加超声波频率，等石英坩埚全部从加热器中退出，降温到室温，直至晶体生长结束。本发明在晶体生长界面上方提前形成晶核破碎，使其融化，让碲锌镉只在晶体生长界面生长，避免了大量晶核提前形成，提高了晶体生长质量，得到电阻率分布较为均匀的高阻碲锌镉晶体。

技术领域

本发明涉及晶体生产技术领域，特别涉及一种高阻碲锌镉晶体制备装置及方法。

背景技术

碲锌镉(Cd_1-xZn_xTe)是一种由碲化镉(CdTe)发展而来的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带化合物半导体。碲锌镉制成的辐射半导体探测器是继气体探测器、闪烁体探测器之后发展起来的新型探测器，其探测原理是基于光电效应，将射线能量直接转化为电信号，因此能量分辨率普遍较高。同时，由于其具有较高的电阻率，不需要像高纯锗等在致冷条件下使用，具有体积小、重量轻、携带方便等优点，因此碲锌镉(Cd_1-xZn_xTe)被认为是迄今为止最有应用前景的室温核辐射半导体探测器材料之一，在核医学、核安全监测、环境监测和空间研究等领域具有广泛的用途。

碲锌镉探测器制备的关键在于获得高质量的单晶体材料。但是，碲锌镉晶体熔点高、热导率低、离子键特性强、堆垛层错能低，容易形成位错、孪晶等缺陷，生长过程中形核过程不可控，因此导致单晶无法长大，晶体最终长成无法使用的多晶，要生长出符合探测器高阻要求且电阻率均匀的CZT晶体十分困难。

发明内容

本发明解决了相关技术中要生长出符合探测器高阻要求且电阻率均匀的CZT晶体十分困难的问题，提出一种高阻碲锌镉晶体制备装置，通过在晶体生长界面上方的圆弧形导轨上设置超声波发生器，在晶体生长界面上方提前形成晶核破碎，使其融化，让碲锌镉只在晶体生长界面生长，避免了大量晶核提前形成；本发明的另一方面还提供一种高阻碲锌镉晶体制备方法，提高了晶体生长质量，得到电阻率分布较为均匀的高阻碲锌镉晶体。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种高阻碲锌镉晶体制备装置，包括晶体生长炉、石英坩埚、超声波发生器、加热器、圆弧形导轨和竖直导轨，所述石英坩埚置于晶体生长炉内且通过驱动装置沿着竖直导轨运动，所述超声波发生器位于晶体生长界面上方并沿圆弧形导轨做圆周运动，所述加热器置于晶体生长炉内。

作为优选方案，所述超声波发生器有4个，相互间隔90°分布于圆弧形导轨上。

本发明的另一方面，还提供一种高阻碲锌镉晶体制备方法，具体步骤如下：

S1、将碲、锌、镉按照比例加入石英坩埚中，然后加入掺杂元素；

S2、将石英坩埚抽真空并封装焊接好，将封装好的石英坩埚放入晶体生长炉中，设置分段加热程序，使温度达到1100℃～1198℃，从而使得制备晶体的原材料完全融化；

S3、开启超声波发生器，并使超声波发生器沿着圆弧形导轨旋转；

S4、石英坩埚在竖直导轨的驱动下下降，与此同时增加超声波发生器的超声波频率。

S5、等石英坩埚全部从加热器中退出，加热结束，开始降温到室温，直至晶体生长结束。

作为优选方案，步骤S1中，碲、锌、镉的比例为1：0.1：0.9。

作为优选方案，步骤S1中，加入的掺杂元素为Fe、Mn、In、Ga中的一种或多种，掺杂量为300ppm～2500ppm。

作为优选方案，步骤S2中，石英坩埚的真空度为5×10^-5Pa。