[发明专利]移动加热器法生长碲锌镉晶体的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体制备装置，特别是一种碲锌镉晶体的制备装置，可用于获得高纯度的碲锌镉晶体，制备符合作为探测器级别要求的特种晶体材料。

背景技术

由于CdZnTe(CZT)具有较高的平均原子序数和较大的禁带宽度，所以CZT探测器具有较大的吸收系数、较高的计数率，尤其是不需任何的冷却设备就能在室温下工作，因而体积较小、使用更加方便。目前，CZT探测器的广泛应用主要受到晶体性能、体积和成本等几方面的限制，晶体的制备方法主要是采用高压布里奇曼法或改进的垂直布里奇曼法生长CZT晶体。

　但是，这两种方法通常为了获得高电阻晶体，常采用掺入浅施主杂质来补偿晶体中的浅受主的办法来实现，但使两者浓度接近相等是难以达到的，必需引入深能级来“钉扎”剩余浅能级。但是深能级是陷阱和复合中心，如引入的深能级密度如大于10¹³/cm3，将极大地降低μτ(载流子寿命与迁移率的乘积)值。为此研究人员做了大量的研究工作，提出了许多方法，如设法加强浅缺陷的自补偿，以此来减少对深能级的需求。但是种种措施都要建立在晶体中杂质浓度足够低的条件下才有意义。一味地追求高纯原料不会是一条有效的途径，绝对的高纯是不可能实现的，即使采用最好的7N原料，仍然不可避免来自石英管壁、碳膜中的和装料封管过程中引入的钠等杂质元素的污染，因此开拓一种能在晶体生长过程中实现自动提纯、排杂的方法是进一步提升晶体质量获得具有高分辨率能谱级晶体的重要途径，已经成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明克服现有技术的不足，提供一种结构简单、自动化操作、温度可精确控制的碲锌镉晶体生长设备，从而能获得较大面积的探测器级碲锌镉晶体。

为达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种移动加热器法生长碲锌镉晶体的装置，包括炉架、设置于炉架上方的生长炉体，装载碲锌镉晶体生长材料的石英料管置于氧化铝支撑杆上，氧化铝支撑杆置于生长炉体内，循环冷却水系统和搜书生长炉体共同控制晶体生长过程的温度，生长炉体竖直安装，生长炉体的中间加热段设有高频电磁感应加热器，生长炉体的上段和下段为上下电阻加热炉，上下电阻加热炉形成生长炉体中间加热段的保温区，氧化铝支撑杆的底端与伺服旋转机构的旋转主轴传动端同轴固定连接，伺服旋转机构驱动氧化铝支撑杆带动石英料管转动，生长炉体的外部还设有伺服直线移动机构，伺服直线移动机构驱动生长炉体在竖直方向上进行升降运动，伺服旋转机构和伺服直线移动机构的指令信号输入端与控制系统的信号输出端信号连接， 在碲锌镉晶体生长过程中，红外测温仪监测碲锌镉晶体生长点的温度，并将温度数值反馈给控制系统，控制系统控制高频电磁感应加热器和上下电阻加热炉的输出功率，从而使碲锌镉晶体生长温度稳定在设定值，控制系统控制伺服旋转机构并使碲锌镉晶体生长材料处于生长炉体的中间加热段，控制系统控制伺服直线移动机构匀速上升，同时控制伺服旋转机构使石英料管匀速旋转。

上述高频电磁感应加热器的温度设置为700～950℃之间，上下电阻加热炉的温度保持为400～600℃之间，保温时间为12～48h，伺服直线移动机构的上升速度为0.01～2mm/h，伺服旋转机构的转速度为5～20r/min。

上述的生长材料为核辐射探测器级别的碲锌镉晶体。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.利用本发明移动加热器法生长碲锌镉晶体的装置获得高纯度的碲锌镉晶体与过去常用的布里奇曼法制备碲锌镉晶体的设备和方法不同。布里奇曼法生长碲锌镉晶体，生长温度较高在1150℃左右。采用移动碲溶剂熔区法生长碲锌镉晶体，晶体的生长温度可以从1150℃下降到700～900℃，这将极大地减少来自石英管的杂质对熔体的沾污，更为重要的是移动溶剂熔区法在生长过程中存在一个区熔的过程，所以在生长过程中由于杂质分凝，能极大地降低杂质的浓度，如Na和Ag在CZT中的分凝系数分别为0.001和0.05。另外，移动碲溶剂法采用籽晶引晶可以实现晶体定向生长，提高晶体单晶体积和成品率，有利于获得大体积单晶。

2. 本发明移动加热器法生长碲锌镉晶体的装置采用移动加热器法，生长过程中红外测温仪能够监测温度，并通过欧陆表对温度进行精确控制，完全达到自动化晶体生长的要求；伺服旋转系统和伺服传动系统能够精确的运转，保证了晶体生长过程中的稳定性及晶体的高品质。

附图说明

图1是本发明移动加热器法生长碲锌镉晶体的装置结构示意图。

具体实施方式