碲锌镉晶体的生长方法

技术领域

本公开涉及晶体制备领域，尤其涉及一种碲锌镉晶体的生长方法。

背景技术

碲锌镉晶体是一种重要的辐射探测半导体晶体。碲锌镉原子数高(约为 50)、密度高(6g/cm

碲锌镉晶体及其熔体的导热性都很差，固化潜热难以散发，熔体对流不畅，导致固液界面不易控制。碲锌镉晶体的堆垛缺陷能(层错)很低，在晶体生长过程中，细微的温度波动和界面波动都能引起孪晶产生。为了克服晶体生长过程中的困难，研究者开发了多种碲锌镉晶体生长方法，包括VB法、 VGF法、THM法等多种，但均无法解决熔体对流不畅导致的晶体生长缺陷。因此，有必要开发一种新的碲锌镉晶体生长技术。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本公开的目的在于提供一种碲锌镉晶体的生长方法，其至少能够提高熔体的对流。

由此，在一些实施例中，一种碲锌镉晶体的生长方法包括步骤：步骤一，将碲锌镉多晶块中封入镉粒；步骤二，将多个封入有镉粒的碲锌镉多晶块装入坩埚中；步骤三，对坩埚中的所述多个封入有镉粒的碲锌镉多晶块施加中频感应，直至坩埚中全部封入有镉粒的碲锌镉多晶块熔化，以形成熔体；步骤四，维持对熔体施加中频感应，采用坩埚下降法开始晶体生长直到晶体生长结束；步骤五，晶体生长结束后，停止中频感应，降温至室温并取出碲锌镉晶体。

在一些实施例中，在步骤一中，在碲锌镉多晶块中开非贯穿孔，并塞入镉粒，之后用碲锌镉多晶柱塞住该开孔，即将镉粒封入碲锌镉多晶块。

在一些实施例中，在步骤二中，坩埚为pBN或者石英坩埚。

在一些实施例中，在步骤一中，镉粒的重量为2g-5g，单个碲锌镉多晶块的重量为1-6kg。

在一些实施例中，在步骤一中，镉粒为球形。

在一些实施例中，在步骤三和步骤四中，中频感应频率为8kHz-15kHz。

在一些实施例中，在步骤三和步骤四中，中频感应频率相同。

在一些实施例中，在步骤五中，自然冷却降温至室温。

本公开的有益效果如下：在本公开的碲锌镉晶体的生长方法中，碲锌镉多晶电阻率很高，为了方便的熔化碲锌镉多晶，在碲锌镉多晶中塞入镉粒，镉粒在中频感应下熔化、升温并熔化附近的碲锌镉多晶，产生碲锌镉熔体，导电的碲锌镉熔体在中频感应下迅速产生电磁感应，从而维持稳定的熔体状态，导电的碲锌镉熔体和中频感应电磁场的直接作用产生感应电流，碲锌镉熔体在电磁场作用下产生电磁力，并发生流动，从而起到增强熔体对流的作用，能够获得单晶比例高位错密度地的高质量的碲锌镉晶体。此外，在中频感应电磁作用下，导电的熔体发热，维持熔体熔化，不需要传统技术那样地对坩埚从外部加热的额外的发热体。

具体实施方式

所公开的实施例仅仅是本公开的示例，本公开可以以各种形式实施，因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础且作为表示性的基础用于教导本领域普通技术人员以各种方式实施本公开。

下面说明根据本公开的碲锌镉晶体的生长方法。

根据本公开的碲锌镉晶体的生长方法包括步骤：步骤一，将碲锌镉多晶块中封入镉粒；步骤二，将多个封入有镉粒的碲锌镉多晶块装入坩埚中；步骤三，对坩埚中的所述多个封入有镉粒的碲锌镉多晶块施加中频感应，直至坩埚中全部封入有镉粒的碲锌镉多晶块熔化，以形成熔体；步骤四，维持对熔体施加中频感应，采用坩埚下降法(即VB法(VerticalBridgman method) 生长)开始晶体生长直到晶体生长结束；步骤五，晶体生长结束后，停止中频感应，降温至室温并取出碲锌镉晶体。

在采用VB法生长晶体时，坩埚能够在升降机构(未示出)的带动下相对坩埚下降，而相应的籽晶位于坩埚上方进行引晶和晶体生长。

在本公开的碲锌镉晶体的生长方法中，碲锌镉多晶电阻率很高，为了方便的熔化碲锌镉多晶，在碲锌镉多晶中塞入镉粒，镉粒在中频感应下熔化、升温并熔化附近的碲锌镉多晶，产生碲锌镉熔体，导电的碲锌镉熔体在中频感应下迅速产生电磁感应，从而维持稳定的熔体状态，导电的碲锌镉熔体和中频感应电磁场的直接作用产生感应电流，碲锌镉熔体在电磁场作用下产生电磁力，并发生流动，从而起到增强熔体对流的作用，能够获得单晶比例高位错密度地的高质量的碲锌镉晶体。此外，在中频感应电磁作用下，导电的熔体发热，维持熔体熔化，不需要传统技术那样地对坩埚从外部加热的额外的发热体。

在一些示例中，在步骤一中，在碲锌镉多晶块中开非贯穿孔，并塞入镉粒，之后用碲锌镉多晶柱塞住该开孔，即将镉粒封入碲锌镉多晶块。

在一些示例中，在步骤二中，坩埚为pBN或者石英坩埚。

在一些示例中，在步骤一中，镉粒的重量为2g-5g，单个碲锌镉多晶块的重量为1-6kg。在碲锌镉中，镉的蒸气压最大。添加适量的镉粒有利于维持碲锌镉多晶的化学计量比。太多的镉会导致熔体富镉，影响晶体质量。太少的镉会降低感应效果，难以形成稳定的熔体。

在一些示例中，在步骤一中，镉粒为球形。球形的镉粒加工方便，感应效果最好。

在一些示例中，在步骤三和步骤四中，中频感应频率为8kHz-15kHz。在太低的中频感应频率下，感应效果不好，而太高的中频感应频率导致湍流。

在一些示例中，在步骤三和步骤四中的中频感应频率相同。

在一些示例中，在步骤五中，自然冷却降温至室温。

下面说明根据根公开的碲锌镉晶体的生长方法的测试过程。

采用前述的制备方法进行测试，在步骤三和步骤四中中频感应频率相同，测试过程中的实施例1-14和对比例1的参数和测试结果如表1所示。镉粒的形状中的椭圆体和长方体基于同体积的球来确定。

单晶比例的测量：利用晶体生长结束后能够利用的单晶重量除以装料量。

位错密度的测量：参考《GB T39123-2020 X射线和γ射线探测器用碲锌镉单晶材料规范》。

表1实施例1-14和对比例1的参数以及测量结果

从实施例1-5看出，当中频感应频率低于8Hz或中频感应频率高于15Hz 时,单晶比例急剧下降，位错密度剧增；在中频感应频率在8kHz-15kHz范围时，随着中频感应频率增加，单晶比例从85％增加到90％之后再下降到85％，位错密度从5000/cm

从实施例1和实施例6-10看出，在镉粒的重量在2g-5g的范围(实施例 1、实施例7-8)下，当单个碲锌镉多晶块恒定时，随着镉粒的重量增加(即镉粒占单个碲锌镉多晶块的比例增加)，单晶比例从85％增加到87％然后下降至80％，位错密度从5000/cm

从实施例1和实施例11-13看出，采用球形镉粒的单晶比例最高、位错密度最低；而正方形、椭圆体和长方形的镉粒的单晶比例均低于采用球形镉粒的情况，而正方形、椭圆体和长方形的镉粒的位错密度均高于采用球形镉粒的情况。

从实施例14看出，采用贯通孔，尽管贯通孔采用碲锌镉多晶柱塞从两端塞住贯通孔，尚未熔化碲锌镉多晶块，未形成熔区，取出后发现，镉粒流光。

从对比例1看出，尚未熔化碲锌镉多晶块，未形成熔区。

采用上面详细的说明描述多个示范性实施例，但本文不意欲限制到明确公开的组合。因此，除非另有说明，本文所公开的各种特征可以组合在一起而形成出于简明目的而未示出的多个另外组合。