一种碲锌镉晶片制备的除杂方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种碲锌镉晶片制备的除杂方法。

背景技术

半导体产业的第一步是制备人工晶体。经过100多年的研究，晶体的生长方法多种多样。其中，布里奇曼法(Bridgeman)和垂直梯度凝固法(Vertical Gradient Freeze，VGF)为代表的一类方法得到广泛使用。这类方法将原料的熔体置于一个可控温场中，通过调节温场本身，或者使容器和温场相对运动，来获得晶体生长所需要的温度条件。对于这类熔体到晶体的生长方法来讲，生长过程中，生长界面的状态直接决定了生长进度，晶体质量。

碲锌镉(CZT)是一种含有少量Zn元素的II-VI族化合物半导体，碲锌镉原子数高(约为50)、密度高(6g/cm

目前碲锌镉晶体生长一般采用镀碳的石英材质坩埚或者石英管，碲锌镉原料中的氧杂质易与石英材质坩埚或者石英管的碳膜发生反应，使碳膜变薄或反应完，造成碲锌镉晶体出现孪晶和粘舟现象，从而影响最终获得碲锌镉晶体的性能。基于此，如何提供一种碲锌镉晶片制备的除杂方法以提高制备的碲锌镉晶片的纯度是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种碲锌镉晶片制备的除杂方法，包括：对制备所需的碲锌镉三种原料、石英管分别进行酸洗，再用流动的纯水冲洗，最后再进行烘干待用；将碲锌镉三种原料装入石英管内进行合成反应，制备得到单晶晶棒；在无尘和高于大气压环境中将得到的单晶晶棒经切片、腐蚀、抛光和清洗处理。本发明实施例的碲锌镉晶片制备的除杂方法过程简单，能充分降低碲锌镉晶片制备时的含杂量，有利于保证制备得到的碲锌镉晶片的纯度。

(2)技术方案

本发明的实施例提出了一种碲锌镉晶片制备的除杂方法，包括如下步骤：

对制备所需的碲锌镉三种原料分别进行酸洗，再用流动的纯水冲洗，最后再进行烘干待用；

对制备所需的石英管进行酸洗，再用流动的纯水冲洗，最后再进行烘干待用；

将碲锌镉三种原料依次装入经过处理的石英管内，并充入保护气后封闭石英管，随后将石英管放置到温度范围为500-1000℃的摇摆炉中进行合成反应，制备得到单晶晶棒；

在无尘和高于大气压环境中将得到的单晶晶棒经切片、腐蚀、抛光和清洗处理。

进一步地，所述碲锌镉三种原料的纯度不低于99.999999％。

进一步地，所述酸洗采用浓度范围为2mol/L-10mol/L的盐酸、硝酸或硫酸溶液中的任意一种，酸洗的时间不低于30min。

进一步地，对碲锌镉三种原料以及石英管的烘干温度范围为50-200℃，烘干之间不低于10min。

进一步地，所述保护气体为氮气或惰性气体。

进一步地，所述摇摆炉放置在无尘和高于大气压环境中进行合成反应。

进一步地，所述摇摆炉放置的环境中充入氮气或惰性气体。

进一步地，在进行单晶晶棒切片、腐蚀、抛光和清洗处理时还包括：采用负压抽吸装置抽吸处理过程中产生的杂质。

进一步地，在进行切片、腐蚀、抛光和清洗处理时，气压不高于2个标准大气压。

进一步地，还包括：对制备的碲锌镉晶片进行高倍镜形貌检查，当检查发现制备的碲锌镉晶片表面上杂质高于阈值范围时，应重新进行制备；当检查发现制备的碲锌镉晶片表面上杂质低于阈值范围时，制备的碲锌镉晶片合格。

(3)有益效果

本发明实施例首先将碲锌镉三种原料表面附着的杂质、灰尘予以清除，有利于确保碲锌镉三种原料的纯净。接着，将制备所需的石英管表面附着的灰尘、杂质予以清除，有利于确保石英管的纯净，降低在制备碲锌镉晶片过程中引入杂质的量。然后在合成反应时封闭石英管可以减少在后续合成反应过程中杂质的进入，同时向石英管内补充保护气可以将石英管内的氧气挤压出去，进而在后续合成反应时不会因碳膜与氧气反应导致出现碲锌镉晶体的孪晶和粘舟现象；随后将石英管放置到温度范围为500-1000℃的摇摆炉中进行合成反应，将极大地减少来自石英管内的杂质对碲锌镉单晶晶棒的污染。最后，在无尘和高于大气压环境中进行切片、腐蚀、抛光和清洗处理可减少从外界环境中引入进碲锌镉晶片上的杂质。

综上所述，本发明实施例的碲锌镉晶片制备的除杂方法过程简单，能充分降低碲锌镉晶片制备时的含杂量，有利于保证制备得到的碲锌镉晶片的纯度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例的碲锌镉晶片制备的除杂方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参照附图1并结合实施例来详细说明本申请。

参阅附图1所示，根据本发明实施例一种碲锌镉晶片制备的除杂方法，包括如下步骤：

对制备所需的碲锌镉三种原料分别进行酸洗，再用流动的纯水冲洗，最后再进行烘干待用；

对制备所需的石英管进行酸洗，再用流动的纯水冲洗，最后再进行烘干待用；

将碲锌镉三种原料依次装入经过处理的石英管内，并充入保护气后封闭石英管，随后将石英管放置到温度范围为500-1000℃的摇摆炉中进行合成反应，制备得到单晶晶棒；

在无尘和高于大气压环境中将得到的单晶晶棒经切片、腐蚀、抛光和清洗处理。

在本发明实施例中，首先对制备所需的碲锌镉三种原料分别进行酸洗，再用流动的纯水冲洗，最后再进行烘干待用，这样可以将碲锌镉三种原料表面附着的杂质、灰尘予以清除，有利于确保碲锌镉三种原料的纯净。接着，本发明实施例对制备所需的石英管进行酸洗，再用流动的纯水冲洗，最后再进行烘干待用，这样可以将制备所需的石英管表面附着的灰尘、杂质予以清除，有利于确保石英管的纯净，降低在制备碲锌镉晶片过程中引入杂质的量。下一步，本发明实施例将碲锌镉三种原料依次装入经过处理的石英管内，并充入保护气后封闭石英管，封闭石英管可以减少在后续合成反应过程中杂质的进入，同时向石英管内补充保护气可以将石英管内的氧气挤压出去，从而隔绝氧气，确保氧气与石英管的内壁(也就是碳膜)完全隔绝开，进而在后续合成反应时不会因碳膜与氧气反应导致出现碲锌镉晶体的孪晶和粘舟现象；随后将石英管放置到温度范围为500-1000℃的摇摆炉中进行合成反应，制备得到单晶晶棒。在本发明实施例中采用在温度500-1000℃范围内进行碲锌镉单晶晶棒的制备反应，与现有技术中普遍采用高于1150℃的布里奇曼法(Bridgeman)和垂直梯度凝固法(Vertical Gradient Freeze，VGF)等方法相比，具有温度低的特点，当温度低于1000℃时，将极大地减少来自石英管内的杂质对碲锌镉单晶晶棒的污染(这是因为当温度高于1000℃时，石英管内的钠等杂质容易在高温下释放出来)。故本发明在温度500-1000℃范围内进行碲锌镉单晶晶棒的制备，可进一步提高碲锌镉晶片制备的除杂效果，提高制备的碲锌镉晶片的纯度。最后，本发明实施例在无尘和高于大气压环境中将得到的单晶晶棒经切片、腐蚀、抛光和清洗处理。因此，在无尘环境中进行切片、腐蚀、抛光和清洗处理可减少从外界环境中引入进碲锌镉晶片上的杂质；同时，在高于气压环境中进行切片、腐蚀、抛光和清洗，这样大气环境中空气以及空气中的杂质则无法进入到比大气压高的环境中，从而有利于提高碲锌镉晶片制备的纯度。

综上所述，本发明实施例首先将碲锌镉三种原料表面附着的杂质、灰尘予以清除，有利于确保碲锌镉三种原料的纯净。接着，将制备所需的石英管表面附着的灰尘、杂质予以清除，有利于确保石英管的纯净，降低在制备碲锌镉晶片过程中引入杂质的量。然后在合成反应时封闭石英管可以减少在后续合成反应过程中杂质的进入，同时向石英管内补充保护气可以将石英管内的氧气挤压出去，进而在后续合成反应时不会因碳膜与氧气反应导致出现碲锌镉晶体的孪晶和粘舟现象；随后将石英管放置到温度范围为500-1000℃的摇摆炉中进行合成反应，将极大地减少来自石英管内的杂质对碲锌镉单晶晶棒的污染。最后，在无尘和高于大气压环境中进行切片、腐蚀、抛光和清洗处理可减少从外界环境中引入进碲锌镉晶片上的杂质。

可见，本发明实施例的碲锌镉晶片制备的除杂方法过程简单，能充分降低碲锌镉晶片制备时的含杂量，有利于保证制备得到的碲锌镉晶片的纯度。

进一步地，根据本发明的另一个实施例，所述碲锌镉三种原料的纯度不低于99.999999％。为保证制备的碲锌镉晶片的纯度，在本发明实施例中，碲锌镉三种原料的纯度不低于99.999999％可进一步降低制备后的碲锌镉晶片中的含杂量，提高制备的碲锌镉晶片的纯度。当然，碲锌镉三种原料的纯度可以为99.999999％，也可以为99.9999999％等，其可以根据需要而定。

进一步地，根据本发明的又一个实施例，所述酸洗采用浓度范围为2mol/L-10mol/L的盐酸、硝酸或硫酸溶液中的任意一种，酸洗的时间不低于30min。采用浓度范围为2mol/L-10mol/L的盐酸、硝酸或硫酸溶液中的任意一种，酸洗的时间不低于30min可以将碲锌镉三种原料表面的氧化层去除干净，进而能保证碲锌镉三种原料的纯度，同时经试验发现当采用2mol/L-10mol/L的盐酸、硝酸或硫酸溶液中的任意一种，酸洗的时间不低于30min时，可有效去除原料表面的氧化层。具体地，在本发明实施例中，盐酸、硝酸或硫酸溶液可以根据需要来选定，同时，酸洗采用浓度可以为2mol/L，也可以为10mol/L，还可以为5mol/L等，其可以根据需要来选定。当然，酸洗的时间不低于30min，也就是说酸洗时间最低为30min，其可以为40min，也可以为60min等等，其可以根据需要来选定。

进一步地，根据本发明的一个实施例，对碲锌镉三种原料以及石英管的烘干温度范围为50-200℃，烘干之间不低于10min。在本发明实施例中碲锌镉三种原料通过酸洗以后将表面的氧化物酸化、去除以后再用流动的纯水冲洗，这样可以将酸化以后的杂物带走，同时流动的纯水容易带走杂质，不会使得杂质附着在原料表面。最后，再经过50-200℃的烘干，可以确保原料的干燥，降低原料附着的水分，同时，烘干的温度设置不会导致原料发生熔化和氧化(此时可以将物料放置在保护气体环境中进行烘干)，同时为保证烘干彻底，烘干的时间最低为10min，也就是说可以为10min，也可以为20min，还可以为30min等等。

进一步地，根据本发明的另一个实施例，所述保护气体为氮气或惰性气体。在本发明实施例中，为制备碲锌镉晶片，需要现在高温下制备单晶晶棒，最后需要对单晶晶棒进行切片、腐蚀、抛光和清洗后得到碲锌镉晶片。因此，在高温下制备单晶晶棒时，需要先将碲锌镉三种原料依次装入经过处理的石英管内，并充入保护气后封闭石英管，充入保护气可以避免石英管内掺杂有氧气，进而避免在高温条件下，碲锌镉发生氧化导致制备的单晶晶棒含有氧元素，因此采用氮气或惰性气体作为保护气体可以隔绝外绝空气，确保碲锌镉原料在高温下能顺利合成至碲锌镉晶片。

进一步地，根据本发明的又一个实施例，所述摇摆炉放置在无尘和高于大气压环境中进行合成反应。将摇摆炉放置在无尘环境中，可以杜绝灰尘进入到石英管内，从而保证了合成反应的顺利进行，避免掺入杂质；同时，将摇摆炉放置在高于大气压环境中(比如两倍标准大气压环境下)，外界空气无法进行到气压更高的摇摆炉附近，从而在摇摆炉附近形成一个隔绝的环境，有利于合成反应进行中不受外界杂质的影响，进而可顺利提高获得的单晶晶棒的纯度。

进一步地，根据本发明的一个实施例，所述摇摆炉放置的环境中充入氮气或惰性气体。如前所述，摇摆炉放置的环境中充入氮气或惰性气体可隔绝外部环境中的空气，这样可以使得空气中的氧气无法进入石英管内，降低了碲锌镉原料背氧化的可能性；同时可以使得空气中的灰尘、颗粒物等杂质无法进入石英管内，提高了制备的碲锌镉单晶晶棒的纯净度。

进一步地，根据本发明的另一个实施例，在进行单晶晶棒切片、腐蚀、抛光和清洗处理时还包括：采用负压抽吸装置抽吸处理过程中产生的杂质。在本发明实施例中，获得的单晶晶棒在进行切片、腐蚀、抛光和清洗等处理后可获得碲锌镉晶片，此一系列处理过程中不可避免地引入或产生杂质，故在单晶晶棒切片、腐蚀、抛光和清洗处理过程中引入负压抽吸装置抽吸处理过程中产生的杂质，可以将产生切片、抛光过程产生的碎屑以及腐蚀、清洗过程产生的废液及时排出，避免附着在碲锌镉晶片上，从而有利于提高获得的碲锌镉晶片的纯净度。

进一步地，根据本发明的又一个实施例，在进行切片、腐蚀、抛光和清洗处理时，气压不高于2个标准大气压。在进行切片、腐蚀、抛光和清洗处理时一方面可以将相关设备放置在无尘环境中，另一方面可以在无尘环境中形成高于大气压的高压环境，这样外界空气无法进行到气压更高的环境中，从而在切片、腐蚀、抛光和清洗过程中形成一个隔绝的环境，有利于相关操作进行中不受外界杂质的影响，进而可顺利提高获得的碲锌镉晶片的纯度。

进一步地，根据本发明的一个实施例，还包括：对制备的碲锌镉晶片进行高倍镜形貌检查，当检查发现制备的碲锌镉晶片表面上杂质高于阈值范围时，应重新进行制备；当检查发现制备的碲锌镉晶片表面上杂质低于阈值范围时，制备的碲锌镉晶片合格。在本发明实施例中，通过对获得的碲锌镉晶片进行高倍镜形貌检查，以便于发现制备的碲锌镉晶片质量(也就是纯净度)是否满足要求，从而可进一步确保获得的碲锌镉晶片质量，当检查发现制备的碲锌镉晶片表面上杂质高于阈值范围时，(比如在1mm

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。