[发明专利]一种基于THM生长碲锌镉晶体的籽晶溶接方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于THM生长碲锌镉晶体的籽晶溶接方法及装置，装置包括生长坩埚、用于放置所述生长坩埚的绝热托架、置于所述生长坩埚底部的SiC导热棒以及用于监测碲锌镉单晶籽晶温度的热电偶，籽晶溶接方法包括如下步骤：S1、预处理碲锌镉单晶籽晶和第一碲锌镉多晶(“假籽晶”)，由下向上依次放置第一碲锌镉多晶、碲锌镉单晶籽晶、富碲溶剂区材料以及第三碲锌镉多晶，并抽真空、升温加热、保温；S2、向下移动加热器加热溶解碲锌镉单晶籽晶的部分组分；S3、向上移动加热器，使得碲锌镉晶体开始连续生长。与现有技术相比，本发明降低了对于碲锌镉单晶籽晶的尺寸要求，在溶接生长时增强了结晶潜热的释放，提高了碲锌镉晶体质量。

技术领域

本发明涉及光电材料制备技术领域，尤其是涉及一种基于THM生长碲锌镉晶体的籽晶溶接方法及装置。

背景技术

碲锌镉(CdZnTe)是一种Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，优点是：具有较高的平均原子序数，可以用来探测如γ射线和X射线等探测高能粒子射线；并且碲锌镉具有比常见的硅(Si)、锗(Ge)等半导体材料更高的本征电阻率以及更大的禁带宽度，更适合制造室温射线和射线探测器以及等红外薄膜外延衬底。在天体物理、安全检查、生态环保、核医学和临床医学等领域，碲锌镉正成为制造新型探测器的理想材料。目前主流生长碲锌镉晶体的方法包括垂直布里奇曼法、垂直梯度冷凝法、移动加热器法等。

应用碲锌镉晶体作为衬底材料时，其晶向非常关键。碲锌镉晶体籽晶引晶定向生长技术能够有效提高晶体利用率。但是，传统的垂直布里奇曼法(VB)由于生长温度高，籽晶极容易全部熔化，碲锌镉籽晶引晶成功率并不高。

移动加热器法(Traveling Heater Method)以下简称THM，具有生长温度低、组分均匀、晶体纯度高等优点。目前主流的THM生长碲锌镉一般采用等径籽晶。等径籽晶即一块含有单晶取向的等径籽晶，其具有易获得、生长装置简单等优点。但其生长结果显示后续生长晶向不可控，单晶率低。不利于碲锌镉晶体质量的提高。

为提高晶体质量，可采用单晶细籽晶进行引晶生长。但采用单晶细籽晶有几个缺点：1.大尺寸单晶细籽晶较难获取，所获籽晶长度较短，难以接种。2.由于THM是一种溶剂法，碲锌镉在富碲溶液中溶解度较大，在一定温度下极易全部溶解。3.在生长中后期由于单晶籽晶尺寸小，其生长过程的结晶潜热难以释放，造成生长阶段晶体质量急剧下降。所以对于THM生长过程，对于单晶籽晶的溶接控制极为重要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述对于THM生长过程，在单晶籽晶的溶接控制中出现的各种问题缺陷而提供一种基于THM生长碲锌镉晶体的籽晶溶接方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一为提供一种基于THM生长碲锌镉晶体的籽晶溶接方法，包括如下步骤：

S1、预处理碲锌镉单晶籽晶和第一碲锌镉多晶(“假籽晶”，即一块小尺寸的经过机械抛光、腐蚀过的多晶(是从生长过的碲锌镉晶锭中切割出来的))，由下向上依次放置第一碲锌镉多晶、碲锌镉单晶籽晶、富碲溶剂区材料以及第三碲锌镉多晶，并抽真空、升温加热、保温；

S2、向下移动加热器加热溶解碲锌镉单晶籽晶的部分组分；

S3、向上移动加热器，使得碲锌镉晶体开始连续生长。

进一步地，S1步骤中，碲锌镉单晶籽晶和第一碲锌镉多晶的预处理为分别首先将碲锌镉单晶籽晶和第一碲锌镉多晶切割、浸泡在由HNO₃与HF体积比为2:1配置成的腐蚀液中、取出后研磨抛光、用质量分数为2％的溴甲醇腐蚀4min、用无水乙醇超声清洗5min、最后用N₂气吹干。

进一步地，S1步骤中，富碲溶剂区材料包括纯碲和第二碲锌镉多晶，纯碲和第二碲锌镉多晶的质量依据CdTe T-X相图上关于Te-Cd摩尔百分比确定。