移動加熱器法生長碲鋅鎘晶體的裝置的製作方法

2023-07-25 00:42:36 1

專利名稱：移動加熱器法生長碲鋅鎘晶體的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種晶體製備裝置，特別是一種碲鋅鎘晶體的製備裝置，可用於獲得高純度的碲鋅鎘晶體，製備符合作為探測器級別要求的特種晶體材料。
背景技術：
由於CdZnTe(CZT)具有較高的平均原子序數和較大的禁帶寬度，所以CZT探測器具有較大的吸收係數、較高的計數率，尤其是不需任何的冷卻設備就能在室溫下工作，因而體積較小、使用更加方便。目前，CZT探測器的廣泛應用主要受到晶體性能、體積和成本等幾方面的限制，晶體的製備方法主要是採用高壓布裡奇曼法或改進的垂直布裡奇曼法生長CZT晶體。但是，這兩種方法通常為了獲得高電阻晶體，常採用摻入淺施主雜質來補償晶 體中的淺受主的辦法來實現，但使兩者濃度接近相等是難以達到的，必需引入深能級來「釘扎」剩餘淺能級。但是深能級是陷阱和複合中心，如引入的深能級密度如大於1013/cm3，將極大地降低μ τ (載流子壽命與遷移率的乘積)值。為此研究人員做了大量的研究工作，提出了許多方法，如設法加強淺缺陷的自補償，以此來減少對深能級的需求。但是種種措施都要建立在晶體中雜質濃度足夠低的條件下才有意義。一味地追求高純原料不會是一條有效的途徑，絕對的高純是不可能實現的，即使採用最好的7Ν原料，仍然不可避免來自石英管壁、碳膜中的和裝料封管過程中引入的鈉等雜質元素的汙染，因此開拓一種能在晶體生長過程中實現自動提純、排雜的方法是進一步提升晶體質量獲得具有高解析度能譜級晶體的重要途徑，已經成為亟待解決的技術問題。

發明內容
為了解決現有技術問題，本發明克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、自動化操作、溫度可精確控制的碲鋅鎘晶體生長設備，從而能獲得較大面積的探測器級碲鋅鎘晶體。為達到上述發明目的，本發明採用下述技術方案
一種移動加熱器法生長碲鋅鎘晶體的裝置，包括爐架、設置於爐架上方的生長爐體，裝載碲鋅鎘晶體生長材料的石英料管置於氧化鋁支撐杆上，氧化鋁支撐杆置於生長爐體內，循環冷卻水系統和搜書生長爐體共同控制晶體生長過程的溫度，生長爐體豎直安裝，生長爐體的中間加熱段設有高頻電磁感應加熱器，生長爐體的上段和下段為上下電阻加熱爐，上下電阻加熱爐形成生長爐體中間加熱段的保溫區，氧化鋁支撐杆的底端與伺服旋轉機構的旋轉主軸傳動端同軸固定連接，伺服旋轉機構驅動氧化鋁支撐杆帶動石英料管轉動，生長爐體的外部還設有伺服直線移動機構，伺服直線移動機構驅動生長爐體在豎直方向上進行升降運動，伺服旋轉機構和伺服直線移動機構的指令信號輸入端與控制系統的信號輸出端信號連接，在碲鋅鎘晶體生長過程中，紅外測溫儀監測碲鋅鎘晶體生長點的溫度，並將溫度數值反饋給控制系統，控制系統控制高頻電磁感應加熱器和上下電阻加熱爐的輸出功率，從而使碲鋅鎘晶體生長溫度穩定在設定值，控制系統控制伺服旋轉機構並使碲鋅鎘晶體生長材料處於生長爐體的中間加熱段，控制系統控制伺服直線移動機構勻速上升，同時控制伺服旋轉機構使石英料管勻速旋轉。上述高頻電磁感應加熱器的溫度設置為700 950°C之間，上下電阻加熱爐的溫度保持為400 600°C之間，保溫時間為12 48h，伺服直線移動機構的上升速度為O. 01 2mm/h,伺服旋轉機構的轉速度為5 20r/min。上述的生長材料為核輻射探測器級別的碲鋅鎘晶體。本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點
I.利用本發明移動加熱器法生長碲鋅鎘晶體的裝置獲得高純度的碲鋅鎘晶體與過去常用的布裡奇曼法製備碲鋅鎘晶體的設備和方法不同。布裡奇曼法生長碲鋅鎘晶體，生長溫度較高在1150°C左右。採用移動碲溶劑熔區法生長碲鋅鎘晶體，晶體的生長溫度可以從 1150°C下降到700 900°C，這將極大地減少來自石英管的雜質對熔體的沾汙，更為重要的是移動溶劑熔區法在生長過程中存在一個區熔的過程，所以在生長過程中由於雜質分凝，能極大地降低雜質的濃度，如Na和Ag在CZT中的分凝係數分別為O. 001和O. 05。另外，移動碲溶劑法採用籽晶引晶可以實現晶體定向生長，提高晶體單晶體積和成品率，有利於獲得大體積單晶。2.本發明移動加熱器法生長碲鋅鎘晶體的裝置採用移動加熱器法，生長過程中紅外測溫儀能夠監測溫度，並通過歐陸表對溫度進行精確控制，完全達到自動化晶體生長的要求；伺服旋轉系統和伺服傳動系統能夠精確的運轉，保證了晶體生長過程中的穩定性及晶體的聞品質。


圖I是本發明移動加熱器法生長碲鋅鎘晶體的裝置結構示意圖。
具體實施例方式結合附圖，對本發明的優選實施例詳述如下
實施例一
參見圖1，本實施例移動加熱器法生長碲鋅鎘晶體的裝置，包括爐架7、設置於爐架7上方的生長爐體，裝載碲鋅鎘晶體生長材料的石英料管置於氧化鋁支撐杆上，氧化鋁支撐杆置於生長爐體內，循環冷卻水系統3和搜書生長爐體共同控制晶體生長過程的溫度，生長爐體豎直安裝，生長爐體的中間加熱段設有高頻電磁感應加熱器2，生長爐體的上段和下段為上下電阻加熱爐I，上下電阻加熱爐I形成生長爐體中間加熱段的保溫區，氧化鋁支撐杆的底端與伺服旋轉機構5的旋轉主軸傳動端同軸固定連接，伺服旋轉機構5驅動氧化鋁支撐杆帶動石英料管轉動，生長爐體的外部還設有伺服直線移動機構4,伺服直線移動機構4驅動生長爐體在豎直方向上進行升降運動，伺服旋轉機構5和伺服直線移動機構4的指令信號輸入端與控制系統6的信號輸出端信號連接，在碲鋅鎘晶體生長過程中，紅外測溫儀監測碲鋅鎘晶體生長點的溫度，並將溫度數值反饋給控制系統6，控制系統6控制高頻電磁感應加熱器2和上下電阻加熱爐I的輸出功率，從而使碲鋅鎘晶體生長溫度穩定在設定值，控制系統6控制伺服旋轉機構5並使碲鋅鎘晶體生長材料處於生長爐體的中間加熱段，控制系統6控制伺服直線移動機構4勻速上升，同時控制伺服旋轉機構5使石英料管勻速旋轉。在本實施例中，碲鋅鎘晶體生長過程中，紅外測溫儀監測生長點溫度，並將溫度示數反饋給控制系統6，控制系統6通過反饋回的溫度來控制生長爐體各區段的輸出功率，從而使碲鋅鎘晶體的生長溫度穩定在設定值；伺服旋轉機構5和伺服直線移動機構4能夠精確的運轉，保證了碲鋅鎘晶體生長過程中機械運動的穩定性；循環冷卻水系統3保證了碲鋅鎘晶體生長過程中的安全。本實施例的具體工藝步驟方法如下將裝有CdZnTe晶體的石英管置於由伺服旋轉機構5控制的氧化鋁支撐杆上，上升伺服旋轉機構5使碲鋅鎘晶體生長材料處於生長爐體的中間加熱段。高頻電磁感應加熱器2溫度設置為900°C，上下電阻加熱爐I溫度設置為500°C，碲鋅鎘晶體生長材料在生長爐體中的保溫12h後，以O. 02mm/h的速度上升生長爐體，同時通過氧化鋁支撐杆以6r/min的速度使裝載碲鋅鎘晶體生長材料的石英料管勻速旋轉。本實施例移動加熱器法生長碲鋅鎘晶體的裝置，溫度可精確控制的碲鋅鎘晶體生 長設備，從而能獲得較大面積的探測器級碲鋅鎘晶體。採用本實施例移動加熱器法生長碲鋅鎘晶體的裝置，操作簡單，程序設定完成後可以實現自動化運行。並且降低了晶體生長溫度，少了雜質的汙染，同時區熔的過程的存在對晶體起到了提純的作用，最終獲得高純度的碲鋅鎘晶體，完全符合作為探測器材料的要求。實施例二
本實施例與實施例一的技術方案基本相同，特別之處在於
在本實施例中，高頻電磁感應加熱器2溫度設置為800°C，碲鋅鎘晶體生長材料在生長爐體中的保溫24h後，最終得到碲鋅鎘晶體。實施例三
本實施例與前述實施例的技術方案基本相同，特別之處在於
在本實施例中，以O. 05mm/h的速度上升生長爐體，同時通過氧化招支撐杆以15r/min的速度使裝載碲鋅鎘晶體生長材料的石英料管勻速旋轉，最終得到碲鋅鎘晶體。上面結合附圖對本發明實施例進行了說明，但本發明不限於上述實施例，還可以根據本發明的發明創造的目的做出多種變化。凡依據本發明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發明的發明目的，只要不背離本發明移動加熱器法生長碲鋅鎘晶體的裝置的技術原理和發明構思，都屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種移動加熱器法生長碲鋅鎘晶體的裝置，包括爐架(7)、設置於所述爐架(7)上方的生長爐體，裝載碲鋅鎘晶體生長材料的石英料管置於氧化鋁支撐杆上，氧化鋁支撐杆置於所述生長爐體內，循環冷卻水系統(3)和搜書生長爐體共同控制晶體生長過程的溫度，其特徵在於所述生長爐體豎直安裝，所述生長爐體的中間加熱段設有高頻電磁感應加熱器(2)，所述生長爐體的上段和下段為上下電阻加熱爐(1)，所述上下電阻加熱爐(I)形成所述生長爐體中間加熱段的保溫區，所述氧化鋁支撐杆的底端與伺服旋轉機構(5)的旋轉主軸傳動端同軸固定連接，所述伺服旋轉機構(5)驅動所述氧化鋁支撐杆帶動石英料管轉動，所述生長爐體的外部還設有伺服直線移動機構(4)，所述伺服直線移動機構(4)驅動所述生長爐體在豎直方向上進行升降運動，所述伺服旋轉機構(5)和所述伺服直線移動機構(4)的指令信號輸入端與控制系統(6)的信號輸出端信號連接，在碲鋅鎘晶體生長過程中，紅外測溫儀監測碲鋅鎘晶體生長點的溫度，並將溫度數值反饋給所述控制系統(6 )，所述控制系統(6)控制所述高頻電磁感應加熱器(2)和所述上下電阻加熱爐(I)的輸出功率，從而使碲鋅鎘晶體生長溫度穩定在設定值，所述控制系統(6)控制所述伺服旋轉機構(5)並使碲鋅鎘晶體生長材料處於所述生長爐體的中間加熱段，所述控制系統(6)控制所述伺服直線移動機構(4)勻速上升，同時控制所述伺服旋轉機構(5)使所述石英料管勻速旋轉。
2.根據權利要求I所述的移動加熱器法生長碲鋅鎘晶體的裝置，其特徵在於所述高頻電磁感應加熱器(2)的溫度設置為700 950°C之間，所述上下電阻加熱爐(I)的溫度保持為400 600°C之間，保溫時間為12 48h，所述伺服直線移動機構(4)的上升速度為O.01 2mm/h,所述伺服旋轉機構(5)的轉速度為5 20r/min。
3.根據權利要求I或2所述的移動加熱器法生長碲鋅鎘晶體的裝置，其特徵在於所述的生長材料為核輻射探測器級別的碲鋅鎘晶體。
全文摘要
本發明公開了一種移動加熱器法生長碲鋅鎘晶體的裝置，設有高頻電磁感應加熱器和上下電阻加熱爐，上下電阻加熱爐形成生長爐體中間加熱段的保溫區，伺服旋轉機構驅動氧化鋁支撐杆帶動石英料管轉動，伺服直線移動機構驅動生長爐體在豎直方向上進行升降運動，控制系統控制高頻電磁感應加熱器和上下電阻加熱爐的輸出功率，並控制伺服旋轉機構並使碲鋅鎘晶體生長材料處於生長爐體的中間加熱段，控制系統控制伺服直線移動機構勻速上升，同時控制伺服旋轉機構使石英料管勻速旋轉。本發明裝置製備碲鋅鎘晶體，能降低了晶體生長溫度，減少了雜質汙染，同時區熔過程的存在對晶體起到了提純的作用，最終獲得高純度的碲鋅鎘晶體，完全符合作為探測器材料要求。
文檔編號C30B29/46GK102864496SQ20121034983
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月20日 優先權日2012年9月20日
發明者王林軍, 魏高力, 張繼軍, 閔嘉華, 梁曉燕 申請人:上海大學