[发明专利]一种晶体生长装置及碘化铯晶体生长方法

说明书

本发明属于单晶生长技术领域，具体涉及一种晶体生长装置及碘化铯晶体生长方法。晶体生长装置具有炉壳，在炉壳内填充有隔热材料，在隔热材料中央形成炉腔；炉腔内具有可视炉管，可视炉管顶部加盖密封件，密封件上具有换气阀用以调节可视炉管内的气氛；在可视炉管外周环绕布置有上部加热器件、下部加热器件；在可视炉管内放置坩埚，在坩埚内布置有生长模具，生长模具内具有竖向贯通的中间缝隙，生长模具上表面具有与中间缝隙连通的V形槽口；籽晶杆滑动密封地穿过密封件，籽晶杆竖向正对生长模具的V形槽口，籽晶杆下端可固定用以引导晶体生长的籽晶。本发明能够在大梯度温度热场内快速结晶，实现碘化铯晶体的快速生长，且晶体质量高。

技术领域

本发明属于单晶生长技术领域，具体涉及一种晶体生长装置及碘化铯晶体生长方法。

背景技术

碘化铯掺铊（CsI:Tl）晶体在安防检测、辐射探测与医疗成像领域具有重要的应用价值。

传统的碘化铯晶体生长方式有：坩埚下降法与提拉法。其中坩埚下降法虽然能生长出高质量的碘化铯晶体，但是生长速度一般较慢（1-3mm/h）；晶体生长后期由于导热变差，生长界面梯度变小，生长界面向下凹陷，导致杂质无法排向坩埚壁，集中于晶体中心轴线区域，影响晶体尾部性能。另外，铊离子在碘化铯晶体中分凝系数约为0.12，导致晶体前段与后段铊离子浓度相差甚远，也严重影响光输出均匀性与晶体利用率。提拉法体虽然可生长较大尺寸的碘化铯晶体，但晶体中气泡杂质等数量较多，晶体质量不佳，生长前后也存在掺杂离子浓度不均匀的问题。

因此，寻找一种使掺杂离子在碘化铯晶体中均匀分布的生长技术具有重要的研究和实际意义。

发明内容

本发明提供一种晶体生长装置及碘化铯晶体生长方法。本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结晶速度快、晶体质量高、掺杂离子分布均匀的CsI晶体生长用装置和生长方法。

本发明第一方面是提供一种晶体生长装置，该装置包括：坩埚，用于盛放晶体生长用的原料熔体；晶体生长模具，用于引导原料熔体流向；籽晶杆，用于引导晶体生长。

生长模具置于坩埚内，由模具卡套固定，坩埚内原料熔化后，原料熔体通过虹吸作用从模具缝上升至生长模具顶端的V形槽口，通过籽晶牵引进行晶体生长；籽晶杆可上下移动，设置在生长模具上方；籽晶杆下部设有用于牵引晶体生长的籽晶，坩埚置于可视炉管内，上装有密封法兰，炉管外套有电阻加热线圈。

晶体生长的厚度由生长模具宽度限定，晶体生长的宽度由生长模具长度限定。模具狭缝宽为0.3-0.8mm，开口的角度为100-150°。

进一步地，晶体生长模具的材质为石墨或石英，优选由高纯石英或三高等静压石墨加工而成。坩埚为石英材质，籽晶杆为钼材质。

该装置还包括炉壳，炉壳优选304不锈钢材料，炉壳与可视炉管之间堆设有进一步保温用的纤维隔热材料，避免晶体生长过程中热散失。

进一步地，密封法兰上安装放气阀，充气阀，观察窗，以及籽晶杆通过的提拉密封装置。

进一步地，籽晶为CsI单晶晶棒，生长方向[111]，能有效提高晶体质量。

本发明第一方面是提供一种碘化铯晶体生长方法，采用上述装置进行生长。

该方法包括以下步骤：

步骤一：备料

混合含掺杂料的CsI原料。

步骤二：装料

在干燥洁净的环境下，将CsI原料填入坩埚中，并调整好籽晶与晶体生长模具的模具口之间的距离，并在晶体生长模具口放置CsI碎晶粒作为熔点参考料。

步骤三：熔晶