高電阻率碲鋅鎘晶體的製備方法
2023-05-15 08:42:31 1
專利名稱：高電阻率碲鋅鎘晶體的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種高電阻率碲鋅鎘(以下簡稱CdkZnxTe)晶體的製備方法。
技術背景CdLxZrixTe晶體是製造室溫X射線和Y射線探測器的最理想半導體材料之一， 一般來說，制 造X射線和Y射線探測器要求Cd^ZnxTe晶體電阻率不低於109 Q《m。文獻"J. Vac. Sci. Technol.， 1992年，Vol. B10(4)"公開了美國Aurora Technologies Corporation採用高壓法生長Cd^ZnxTe晶體的方法，所製備的Cd!-xZnxTe晶體電阻率高達 Uxl010Q.cm。文獻"J. Electro. Mater., 2004年，Vol.33(6)"公開了美國eV products公司採用高壓法生長 CdkZnxTe晶體的方法，所製備的Cch.xZnxTe晶體電阻率為(l 4)xl01Qi^cm。但上述方法要求設備耐高壓，晶體生長過程中危險性大。而且，由於存在裂紋和多晶現 象，這種方法生產的C山.xZnxTe晶體利用率很低，僅有4 10%，因此生產成本很高。文獻"IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference. 2001年，"公開了 一種低壓布裡奇曼法生長CdkZiWTe晶體的方法，該方法結合Cd補償與In摻雜，生長出的 CdkZnxTe晶體電阻率為109 1010 Q，cm。但是這種方法對Cd的補償量和In的摻雜濃度要求非 常精確，同時還會因為生長及退火條件的不同導致截然不同的結果，因此重複性較差，且不 易掌握。 發明內容① 要解決的技術問題為了克服現有技術製備高電阻率Cd^ZnJb晶體時對設備要求高 的不足，本發明提供一種高電阻率Cd^ZnxTe晶體的製備方法，採用五段式常壓單晶生長爐， 在晶體生長過程加入過量的Te，為0(11.^11^6晶體生長提供足夠多的深能級1^1)2+，可以降 低生產成本，得到穩定高電阻率的Cd^ZnxTe晶體。製備出電阻率高達(1 3>101 Q'cm的 Cdo.9ZnaiTe晶體，同時Cd^ZnxTe晶錠中In的分凝因數更趨近於1 ，使得整個晶錠電阻率變 化較小，可以提高Cda9ZnojTe晶體均勻性和利用率，並對y射線探測有良好的解析度。② 技術方案 一種高電阻率碲鋅鎘晶體的製備方法，其特點是包括以下步驟-(a) 按照化學計量配比將滿足Cda9ZnaiTe的純度為7個9的原料裝入高純石英坩堝內 部，加入原料質量百分數為0.5 2。/。的過量Te，和體積濃度為(l 6)xlO"cn^的In;(b) 對石英坩堝內部抽真空，當真空度達到5xl0—spa時，封接石英坩堝；(c) .將坩堝放入可以搖擺的合成爐中進行180 210小時原料合成，使之發生化合反應並混合均勻；(d)將坩堝放入五段式晶體生長爐中採用下降式垂直布裡奇曼法進行晶體生長，生長條 件為溫度梯度13~16K/cm，坩堝下降速率為0.5 1.5mm/h，生長時間為480 510小時。③有益效果由於採用五段式常壓單晶生長爐，在晶體生長過程加入了過量的Te，為 CdhZnxTe晶體生長提供足夠多的深能級TeCd2+，降低了生產成本，得到了穩定高電阻率的 CdkZnxTe晶體。製備出電阻率高達(l 3)x1010 Q-cm的Cdo.gZncnTe晶體，同時Cdo.gZncnTe 晶錠中In的分凝因數更趨近於1,使得整個Cda9ZnaiTe晶錠電阻率變化較小，提高了 Cd0.9ZnaiTe晶體均勻性和利用率，並對Y射線探測有良好的解析度。下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。
圖1是本發明高電阻率CdhZnxTe晶體的製備方法實施例1和實施例2所製備的 Cd0.9ZnaiTe晶體CZT1和CZT2與現有技術製備的Cda9ZnQ.iTe晶體CZT3 I-V曲線。 △-CZT1, *-CZT2，麵-CZT3。圖2是本發明高電阻率Cd^ZnxTe晶體的製備方法實施例1所製備的Cda9ZnaiTe晶體 CZT1與現有技術製備的Cd^ZncuTe晶體CZT3中In分布的比較及對其分凝特性擬合後的結 果，其中A為分凝因數。圖3是本發明高電阻率Cd^ZnxTe晶體的製備方法實施例1所製備的Cda9Zno.!Te晶體 CZT1做成的探測器對^Cs源的探測能譜圖。圖4是本發明高電阻率Cdt.xZnxTe晶體的製備方法實施例2所製備的Cdo.gZrKnTe晶體 CZT2做成的探測器對137Cs源的探測能譜圖。
具體實施方式
實施例1:採用組分為Cdo.9Zri(uTe的晶體，過量Te的質量百分數為2%， In摻雜濃度為 lxl018cm-3。首先，按照化學計量配比將滿足Cda9ZnalTe的純度為7個9的原料350 g裝入高純石英 坩堝內部，在此基礎上加入質量百分數為2%的過量Te 7g，和體積濃度為lxlO18 cm—s的In 0.0105 g。第二步，採用分子泵，將石英坩堝內部抽真空，當真空度達到5xl(TSpa時，封接石英坩堝。 第三步，將坩堝放入可以搖擺的合成爐中進行原料合成，使之發生化合反應並混合均勻。 時間為210小時。第四步，將坩堝放入五段式晶體生長爐中進行晶體生長。生長方式為下降式垂直布裡奇 曼法。生長條件為溫度梯度13 K/cm，坩堝下降速率為0.5 mm/h，生長時間為510小時。參照圖l，將上述方法製備的碲鋅鎘晶錠定向切割成(lll)取向、10x10x2.5 mm3的晶片， 採用Agilent 4155C對其進行I-V特性測試表明，電阻率達到3xl01Gacm;
參照圖2，採用ICP-MS沿晶錠測定了In的濃度並對其進行擬合表明，In的分凝因數為 0.5，說明分布較為均勻；
參照圖3，採用多道頻譜分析儀對此晶片做成的探測器進行的測試表明，137Cs(662 KeV) 的能量分辨為FWHM=8.20 KeV。
實施例2:採用組分為Cdo,9Zn(HTe的晶體，過量Te的質量百分數為0.5%， In摻雜濃度 為6xl018cm-3。
首先，按照化學計量配比將滿足CdagZnojTe的純度為7個9的原料裝入高純石英坩堝內部， 在此基礎上加入質量百分數為0.5%的過量Te 1.75 g，和體積濃度為6x 10'8 cn^的In 0.063 g。 第二步，採用分子泵，將石英坩堝內部抽真空，當真空度達到5xl0—spa時，封接石英柑堝。 第三步，將坩堝放入可以搖擺的合成爐中進行原料合成，使之發生化合反應並混合均勻。 時間為200小時。
第四步，將坩堝放入五段式晶體生長爐中進行晶體生長。生長方式為下降式垂直布裡奇 曼法。生長條件為溫度梯度15K/cm,坩堝下降速率為1 mm/h，生長時間為500小時。.
參照圖l，將上述方法製備的碲鋅鎘晶錠定向切割成(lll)取向、10x10x2.5 mm3的晶片， 採用Agilent 4155C對其進行I-V特性測試表明，電阻率達到1 xl01Q ￡lcm;
參照圖4，採用多道頻譜分析儀對此晶片做成的探測器進行的測試表明，137Cs(662 KeV) 的能量分輛為FWHM-9.38 KeV。
實施例3:採用組分為Cda9ZntuTe的晶體，過量Te的質量百分數為1%， In摻雜濃度為 4.5xl018cm-3。
首先，按照化學計量配比將滿足Cd^Zn^Te的純度為7個9的原料裝入高純石英坩堝內部， 在此基礎上加入質量百分數為1%的過量Te 3 g，和體積濃度為4.5x1018 cm—3的In 0.0473 g。 第二步，採用分子泵，將石英坩堝內部抽真空，當真空度達到5xl0'spa時，封接石英坩堝。 第三步，將坩堝放入可以搖擺的合成爐中進行原料合成，使之發生化合反應並混合均勻。 時間為l卯小時。
第四步，將坩堝放入五段式晶體生長爐中進行晶體生長。生長方式為下降式垂直布裡奇 曼法。生長條件為溫度梯度14K/cm，坩堝下降速率為0.8mm/h，生長時間為490小時。
將上述方法製備的碲鋅鎘晶錠定向切割成(lll)取向、10x10x2.5 mm3的晶片，採用Agilent 4155C對其進行I-V特性測試表明，電阻率達到2xl01Q Q'cm。
實施例4:採用組分為CdQ,9Zn(uTe的晶體，過量Te的質量百分數為1.5%， In摻雜濃度為2xl018cm-3。
首先，按照化學計量配比將滿足Cdo.9Zno.iTe的純度為7個9的原料裝入高純石英坩堝內部， 在此基礎上加入質量百分數為1.5%的過量Te 4.5 g，和體積濃度為2xl018 cm'3的In 0.021 g。 第二步，採用分子泵，將石英坩堝內部抽真空，當真空度達到5xl0'spa時，封接石英坩堝。 第三步，將坩堝放入可以搖擺的合成爐中進行原料合成，使之發生化合反應並混合均勻。 時間為180小時。
第四步，將坩堝放入五段式晶體生長爐中進行晶體生長。生長方式為下降式垂直布裡奇 曼法。生長條件為溫度梯度I6K/cm，坩堝下降速率為1.5mm/h，生長時間為480小時。
將上述方法製備的碲鋅鎘晶錠定向切割成(lll)取向、10x10x2.5 mm3的晶片，採用Agilent 4155C對其進行I-V特性測試表明，電阻率達到3xlO10Q*cm。
權利要求
1、一種高電阻率碲鋅鎘晶體的製備方法，其特徵在於包括以下步驟(a)按照化學計量配比將滿足Cd0.9Zn0.1Te的純度為7個9的原料裝入高純石英坩堝內部，加入原料質量百分數為0.5～2％的過量Te，和體積濃度為(1～6)×1018cm-3的In；(b)對石英坩堝內部抽真空，當真空度達到5×10-5Pa時，封接石英坩堝；(c)將坩堝放入可以搖擺的合成爐中進行180～210小時原料合成，使之發生化合反應並混合均勻；(d)將坩堝放入五段式晶體生長爐中採用下降式垂直布裡奇曼法進行晶體生長，生長條件為溫度梯度13～16K/cm，坩堝下降速率為0.5～1.5mm/h，生長時間為480～510小時。
全文摘要
本發明公開了一種高電阻率碲鋅鎘晶體的製備方法，其特點是包括以下步驟按照化學計量配比將滿足Cd0.9Zn0.1Te的純度為7個9的原料裝入高純石英坩堝內部，加入原料質量百分數為0.5～2％的過量Te，和體積濃度為(1～6)×1018cm-3的In；對石英坩堝內部抽真空並封接石英坩堝；將坩堝放入合成爐中進行原料合成；將坩堝放入五段式晶體生長爐中採用下降式垂直布裡奇曼法進行晶體生長。由於採用五段式常壓單晶生長爐，在晶體生長過程加入了過量的Te，為Cd1-xZnxTe晶體生長提供足夠多的深能級TeCd2+，降低了生產成本，得到了穩定高電阻率的Cd1-xZnxTe晶體。同時Cd0.9Zn0.1Te晶錠中In的分凝因數更趨近於1，使得整個Cd0.9Zn0.1Te晶錠電阻率變化較小，提高了Cd0.9Zn0.1Te晶體均勻性和利用率。
文檔編號C30B29/48GK101220514SQ20071001878
公開日2008年7月16日 申請日期2007年9月30日 優先權日2007年9月30日
發明者介萬奇, 劉偉華, 慧 華, 孫曉燕, 徐亞東, 濤 王 申請人:西北工業大學