一種縮頸型晶體坩堝的制作方法
【專利摘要】本專利公開了一種基于縮頸型晶體坩堝，它適用于晶體密度大于熔體密度的材料的大直徑高質(zhì)量單晶體生長(zhǎng)。該坩堝利用碲鋅鎘（CdZnTe）熔體凝固時(shí)體積縮小的物理性質(zhì)，設(shè)計(jì)了一種中部有縮頸的坩堝，并使晶體在坩堝內(nèi)自上向下生長(zhǎng)，當(dāng)熔體凝固到坩堝縮頸處時(shí)，晶體被縮頸固定住，不再下滑，由于體積縮小，坩堝縮頸以下的晶體的直徑小于坩堝的內(nèi)徑，晶體與坩堝壁分離，晶體直徑越大，晶體與坩堝壁之間的間隙越大，分離越明顯。本專利的優(yōu)點(diǎn)在于晶體生長(zhǎng)的直徑大，質(zhì)量?jī)?yōu)。
【專利說明】一種縮頸型晶體坩堝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本專利涉及一種晶體坩堝，具體涉及一種縮頸型晶體坩堝，它適用于晶體密度大 于熔體密度的材料的大直徑高質(zhì)量單晶體的生長(zhǎng)，尤其適用于碲鋅鎘單晶生長(zhǎng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 碲鎘汞（HgCdTe，MCT)紅外焦平面探測(cè)器在軍用紅外成像及空間遙感等高端紅外 探測(cè)領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，組分為x=4%的碲鋅鎘（CdhZnJe或CdZnTe)單晶材料是制備高性 能長(zhǎng)波、甚長(zhǎng)波碲鎘汞紅外焦平面探測(cè)器的最佳襯底材料。因此，世界上主要發(fā)達(dá)國家都在 碲鋅鎘單晶的制備上投入了大量力量，主要研究目標(biāo)是增大單晶直徑，提高單晶質(zhì)量，從而 獲得大尺寸、商質(zhì)量的締鋒鋪襯底。
[0003] 另外，碲鋅鎘材料在較為寬廣的紅外波段能保持良好的透光特性，因而又是一種 優(yōu)越的紅外窗口材料。不僅如此，碲鋅鎘晶體在制備X和Y射線探測(cè)器、太陽能電池、光調(diào) 制器等方面也有著廣闊的應(yīng)用前景，因此，高質(zhì)量碲鋅鎘單晶體的制備一直倍受關(guān)注。
[0004] 目前，生長(zhǎng)大直徑碲鋅鎘單晶較為成功的方法是垂直Bridgman方法（VB)、垂直梯 度凝固法（VGF)和移動(dòng)加熱區(qū)法（THM)。這些方法目前存在的主要問題是：
[0005] 1由于碲鋅鎘材料熱導(dǎo)率很低，在生長(zhǎng)大直徑晶體時(shí)，固液界面難以控制。因此，單 晶直徑難以增大。
[0006] 2晶體在坩堝內(nèi)結(jié)晶過程中易產(chǎn)生坩堝壁寄生成核。
[0007] 3晶體在坩堝內(nèi)結(jié)晶過程中由于坩堝對(duì)晶體的壓應(yīng)力而導(dǎo)致晶體缺陷密度較高。
[0008] 4由于碲鋅鎘材料層錯(cuò)能很低，因此，應(yīng)力的存在容易導(dǎo)致孿晶。
[0009] 5由于熔體對(duì)流難于控制，因此生長(zhǎng)出來的晶體均勻性往往不如提拉法生長(zhǎng)出來 的晶體好。
[0010] 綜上所述，溫場(chǎng)控制和坩堝接觸是目前碲鋅鎘單晶直徑難以增大，單晶質(zhì)量難以 提高的主要根源之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本專利的目的是提供一種縮頸型晶體坩堝，利用碲鋅鎘熔體凝固時(shí)體積縮小的物 理性質(zhì)，使晶體在坩堝內(nèi)自上向下生長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)無坩堝壁接觸的單晶生長(zhǎng)，尤其適合生長(zhǎng) 大直徑高質(zhì)量的碲鋅鎘單晶體。
[0012] 一種縮頸型坩堝的結(jié)構(gòu)如圖1所示。所述的縮頸型坩堝呈"葫蘆"形狀，坩堝材料 可選用石英、石墨、玻璃碳或熱解氮化硼，坩堝結(jié)構(gòu)分為上中下三部分，中部為縮頸，下部坩 堝內(nèi)徑D3為所需生長(zhǎng)的晶體直徑，中部縮頸處坩堝內(nèi)徑D2為0. 1-1D3,上部坩堝內(nèi)徑D1比 中部縮頸處坩堝內(nèi)徑D2大即可。下部坩堝長(zhǎng)度H3為所需生長(zhǎng)的晶體的長(zhǎng)度；中部坩堝長(zhǎng) 度H2為0. 1-0. 5H3 ;上部坩堝長(zhǎng)度H1應(yīng)保證坩堝所裝材料全部熔化后，熔體液面在坩堝縮 頸以上；坩堝壁厚d視坩堝材料而定，石英坩堝為2-5_，石墨或玻璃碳坩堝為3-5_，熱解 氮化硼坩堝為〇. 6-lmm。
[0013] 無坩堝壁接觸式的單晶生長(zhǎng)過程如圖2所示，單晶生長(zhǎng)過程在如上所述的一種縮 頸型坩堝內(nèi)進(jìn)行。在晶體生長(zhǎng)過程中，碲鋅鎘熔體從液面2開始自上向下凝固，當(dāng)熔體凝固 到坩堝縮頸3處時(shí)，晶體4被縮頸3固定住，不再下滑，由于碲鋅鎘材料固態(tài)密度大于液態(tài) 密度，熔體結(jié)晶時(shí)體積減小，坩堝縮頸3以下的晶體4的直徑小于坩堝的內(nèi)徑，在晶體4與 坩堝內(nèi)壁7之間形成間隙8,在熔體5與間隙8之間形成類似于提拉法中的彎月面9,固液 界面6與坩堝壁7無接觸，這樣即可實(shí)現(xiàn)無坩堝壁接觸的單晶生長(zhǎng)。在彎月面9的作用下， Λ Η高的熔體凝固成等體積的晶體時(shí)，直徑縮小，但高度△ Η不變，晶體4與熔體5不會(huì)因?yàn)?體積減小而分離，單晶生長(zhǎng)過程可保持連續(xù)進(jìn)行，直至熔體全部凝固為晶體。
[0014] 若近熔點(diǎn)處熔體5密度為ρ Μ晶體4密度為P s，縮頸3以下部分的坩堝內(nèi)徑D3 為隊(duì)，Λ Η高的熔體凝固為等高的晶體，則晶體4直徑Ds推導(dǎo)過程如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種縮頸型晶體坩堝，其特征在于：所述的縮頸型坩堝呈"葫蘆"形狀，坩堝材料選 用石英、石墨、玻璃碳或熱解氮化硼，坩堝結(jié)構(gòu)分為上中下三部分，中部為縮頸，下部坩堝內(nèi) 徑D3為所需生長(zhǎng)的晶體直徑，中部縮頸處坩堝內(nèi)徑D2為0. 1-1D3,上部坩堝內(nèi)徑D1比中部 縮頸處坩堝內(nèi)徑D2大即可，下部坩堝長(zhǎng)度H3為所需生長(zhǎng)的晶體的長(zhǎng)度；中部坩堝長(zhǎng)度H2 為0. 1-0. 5H3 ;上部坩堝長(zhǎng)度H1應(yīng)保證坩堝所裝材料全部熔化后，熔體液面在坩堝縮頸以 上；相·禍壁厚d視相禍材料而定，石英相禍為2-5_，石墨或玻璃碳相禍為3-5_，熱解氮化 硼土甘禍為〇· 6-lmm。
【文檔編號(hào)】C30B35/00GK203878235SQ201420145016
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】孫士文, 何力, 楊建榮, 周昌鶴, 虞慧嫻, 徐超, 盛鋒鋒 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所