[发明专利]碲镉汞材料热处理装置

说明书

本发明涉及单晶或具有一定结构的均匀多晶材料之后处理装置，特别是一种可重复使用的碲镉汞材料热处理装置。

碲隔汞(HgCdTe)材料用于制备红外焦平面探测器，而应用了红外焦平面探测器发展起来的红外成像光电探测技术在航天、航空遥感、天气预报、军事医学及生物工程、信息技术、工业遥感测温、环境保护等领域中有着广泛的应用。

根据红外焦平面探测器所采用的结构，对HgCdTe材料有空穴导电(P型)和电子导电(N型)两种要求，P型和N型又分为掺杂型和点阵缺陷型两种，在HgCdTe材料的制备技术中，材料的电学性能都需要通过热处理技术来调整。

在早期，人们为获得碲镉汞块状晶体材料制作红外探测器，采用了碲溶剂、固态再结晶、区熔等方法，但随着红外焦平面探测器的发展，块状晶体材料无论从质量上或面积上都满足不了焦平面器件的需要，为获得大面积组分均匀的HgCdTe薄膜材料，人们先后研究发展了气相外延技术(VPE)，液相外延技术(LPE)，分子束外延技术(MBE)和金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)。但不管是用何种技术生长的薄膜材料，还是块状晶体材料，都需要通过热处理调整电学参数。因为各种不同方法生长的碲镉汞材料，其初始的电学性质与器件所需的电学参数相差很大，无法直接为器件所用。而器件对材料电学性能要求十分苛刻，为满足不同器件所需的电学参数，必须通过热处理对碲镉汞材料进行电学参数精确调整。

以往HgCdTe热处理采用闭管方法，用石英管一端缩成细径，放入汞源，另一端放样品，接入真空系统抽至10^-3-10^-4Pa真空度，用氢氧焰割封。石英管放入双温区退火炉中，样品置高温区，利用低温区汞源的饱和蒸汽压控制退火系统中的汞分压，以调节样品中的电学参数。如：T.Sasaki，J.Crystal Growth，Vol 117，222(1992)；H.R.Vydyanath J.Electrochem.Soc.，Vol 128，2609(1981)。在实际操作中，上述方法涉及到石英安瓿的制作，封管时氢氧焰的使用，以及敲碎石英安瓿才能取出样品，这样石英管不能重复使用，消耗大，成本高，不适合于大批量生产。

本发明的目的在于提供一种可重复使用的，装卸样品十分方便的碲镉汞材料热处理装置，该装置可实现与闭管热处理装置同样的效果，且大大地降低了成本，适合于批量生产。

本发明的碲镉汞材料热处理装置：由不锈钢抽气管1，隔膜阀2，不锈钢密封头3，石英退火管4顺序密封相接组成。石英退火管4内置有带密封罩5的放置样品的盖瓦状的样品架6，石英退火管4圆底部置有汞源7，汞源7的高度为石英退火管4倾斜时密封罩5和样品架6的部分底部能露出汞源7液面为限。

本发明附图说明如下：

图1为本发明热处理装置的结构示意图：

图2为本发明热处理装置在抽真空时倾斜状态示意图；

图3为本发明热处理装置在退火时汞密封示意图；

图4为本发明热处理装置的样品架结构示意图；

图5为本发明热处理装置的密封罩结构示意图。

以下结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明的具体结构如图1所示，样品放入样品架6中，罩上密封罩5，用汞7密封，放置样品架6、密封罩5和汞源7的石英退火管4的上端处于加热炉外的室温状态，并通过不锈钢密封头3，不锈钢隔膜阀2和不锈钢抽气管1顺序密封相接。

在整套装置中，有如下几个特点：

(1)汞源

在HgCdTe样品退火中，用汞蒸气压来调节样品中的载流子浓度，因此必须放入汞源。汞源的高度为浸没密封罩5底部约1.5厘米。此处的汞源有两个作用，一是产生退火所需的汞蒸汽，二是作为自密封工质。当退火管4在抽真空时，石英退火管4如图2所示倾斜放置，密封罩5的部分底部露出汞面，使密封罩5内的空气排出。当退火时，石英退火管4如图3垂直放置，汞源7封住了密封罩5底部，使得样品处于闭管状态，即罩内的汞蒸汽处于热力学平衡状态。

(2)样品架

石英样品架6用石英管601制成，切去四分之一圆周后呈盖瓦状，中间有两个隔层602可按放样品，通过两个石英小凸603钩住密封罩5，并能整体吊装在石英退火管4中，支撑棒604的长度与所放的汞源量相适应。

(3)密封罩