[发明专利]一种碲锌镉晶体的生长方法

说明书

本发明提供一种碲锌镉晶体的生长方法，包括：将装料的石英坩埚置于提拉炉中，原料熔融得到碲、锌和镉的混合熔体，将碲锌镉籽晶接触混合熔体，向上提拉生长碲锌镉单晶。该方法能获得低位错碲锌镉单晶，单晶比例较高，双晶衍射半峰宽较小、微沉淀相较少、电阻率较高、位错腐蚀坑密度较小和漏电流较小。

技术领域

本发明属于晶体生长技术领域，尤其涉及一种碲锌镉晶体的生长方法。

背景技术

随着科技的进步和发展，越来越多的半导体晶体，因其在光电系统中的突出作用，越来越得到人们广泛的重视。

在这些半导体材料中，高阻值碲锌镉(Cd_0.9Zn_0.1Te)晶体材料极大地吸引了人们的注意力。采用碲锌镉晶体制造的x射线及γ射线探测器可以在室温下工作，在高的偏压下仍能保持低的漏电流，由此降低了探测器的噪声，提高了能量分辨率，广泛应用于x射线荧光分析、医学成像、安全检测及工业在线监测等领域。要制造高性能探测器，获得结晶质量良好，电阻率高的晶体是关键。然而碲锌镉的熔点在1100℃左右，在传统的VB或VGF熔体法生长碲锌镉晶体时，镉的蒸气压很高，一部分镉从熔体中挥发，使晶体中产生大量的镉空位和Te沉淀，破坏了晶体的化学计量比。与此同时，高温下生长晶体还不可避免地受到坩埚的污染，引入很多杂质。此外，高温下生长碲锌镉晶体，引入大量的位错等缺陷，这些缺陷和杂质的存在，严重影响了碲锌镉晶体的探测性能。采用提拉法制备碲锌镉晶体时，也存在传统VB、VGF等方法存在的类似问题，因此有必要设计一种新的晶体生长方法。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种新的碲锌镉晶体生长方法。

针对现有技术中存在的问题，本发明提供如下的技术方案：

一种碲锌镉晶体的生长方法，包括：

将装料的石英坩埚置于提拉炉中，原料熔融得到碲、锌和镉的混合熔体，所述混合熔体中碲、锌、镉的摩尔比为25-90:1:9，将碲锌镉籽晶接触熔体，向上提拉生长碲锌镉单晶。

所述碲锌镉晶体的化学式为Cd_0.9Zn_0.1Te。

申请人在研究中发现，在拉提法制备碲锌镉晶体时，采用石英坩埚作为容器，不按照晶体化学计量比配料，而通过大幅增加原料碲作为溶剂，能降低晶体生长温度，从而减少镉的挥发，进而减少应力、空位等缺陷的产生，还能够减少了熔体给坩埚带来的侵蚀污染。

作为本发明的进一步改进，所述石英坩埚为镀碳石英坩埚。镀碳石英坩埚可以避免碲、锌、镉熔体与石英直接接触，阻断了石英坩埚对原料的污染。

作为本发明的进一步改进，所述碲锌镉籽晶为方向为[111]的碲锌镉单晶。研究中发现，[111]方向的籽晶可以有效减少孪晶的产生，有利于提高晶体产品率。

作为本发明的进一步改进，所述混合熔体中碲、锌、镉的摩尔比为60-90:1:9。晶体生长时，需降温到熔体的析晶温度，熔体中的碲锌镉熔体达到饱和后，在籽晶处开始析出，并生长成碲锌镉单晶。过高的碲含量将导致高纯原料的浪费，过低的碲含量使导致晶体生长温度升高，增加晶体中的位错。

作为本发明的进一步改进，所述单晶的生长在氢气氛围内完成。氢气气氛可以与原料带入的氧反应，避免熔体中氧含量过高，造成晶体生长无法进行。

作为本发明的进一步改进，所述单晶的提拉速率为0.1-2mm/h，进一步优选为0.2-1mm/h。晶体提拉速率过慢将严重影响产率，提拉速率过快将导致晶体位错增加。