碲硒锌镉单晶体的垂直布里奇曼法生长与性能研究

碲锌镉(CdZnTe)是目前最重要的室温半导体核辐射探测器材料。而在CdZnTe晶格中以Se替位部分Te得到碲硒锌镉(CdZnTeSe),将使得晶格中离子键的成分增加,从而提高晶体的硬度,降低Cd空位和Te夹杂物缺陷浓度,提升材料质量。为了获得适宜于核辐射探测器制备的CdZnTeSe晶体,研究了富Te条件下CdZnTeSe晶体的垂直布里奇曼法生长,成功制备出直径为21 mm、长度超过70 mm的Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te_(0.97)Se_(0.03)单晶锭。所得Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te_(0.97)Se_(0.03)晶体的(110)面X射线衍射摇摆半峰宽达到0.104°,而Te夹杂相的尺寸小于5μm,表明晶体具有良好结晶性。Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te_(0.97)Se_(0.03)晶锭尾部的能带隙和红外透过率均低于晶锭的头部和中部,这可归因于Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te_(0.97)Se_(0.03)在垂直布里奇曼法生长过程中存在潜热释放不足导致的晶体后续生长阶段的结晶性下降。而CdZnTeSe晶锭的头部和中部的电学性能指标达到了室温核辐射探测器制备要求。

垂直布里奇曼法制备碲化汞晶体技术研究

介绍了碲化汞单晶材料的性能特点、应用领域、制备技术及面临的挑战。根据材料特性采用布里奇曼法设计和优化设备细节和核心工艺参数,分析了炉体核心材料、热场结构以及杂质去除技术和精确控制生长速度等对碲化汞晶体材料质量的影响,为设备和工艺优化积累了依据。展望了布里奇曼法制备碲化汞单晶的技术创新措施可以提高单晶体的质量和性能,推动相关领域的技术进步和产业升级。

籽晶垂直布里奇曼法生长大尺寸CdZnTe单晶体

采用改进的垂直布里奇曼（MVB）法并引入籽晶生长技术，成功生长出直径60mm，单晶体积超过200cm^2的CdZeTe（CZT）晶锭。根据CZT晶片在近红外（NIR）波段的透过谱，由截止波长推算Zn组分在晶片中的平均含量，进一步的拟合得出晶体生长过程Zn沿晶锭轴向分凝因数约为1．30；分析了晶片在中红外波段内的红外透过率，发现波数在2000-4000cm^-1内透过率平直且较高，超过60％，而从2000cm^-1到500cm^-1随波数的减小透过率急速下降至零；由钝化后的Au／CZT晶片的I-V曲线，计算得到生长态C2T晶片的电阻率P达到1．8×10^9-2．6×10^10Ω·cm。

碲锌镉垂直布里奇曼法晶体生长过程固液界面的演化

计算模拟了半导体材料碲锌镉垂直布里奇曼法单晶体生长过程,以等温线图展示了固液界面形状的演化,分析了温度梯度和坩埚移动速率对固液界面形状以及晶体内组分偏析的影响。计算结果表明在凝固的初始段,固液界面的凹陷深度较大,随后有较大幅度的减小。整个凝固过程中固液界面的凹陷深度值有一定的波动性。提高温度梯度、降低坩埚移动速率均能有效地减小固液界面的凹陷,改善晶体的径向组分偏析。

垂直布里奇曼法生长CdZnTe晶体时坩埚下降速度的优化研究

在垂直布里奇曼法(VBM)晶体生长的过程中,坩埚下降速度和晶体生长速度之间的关系对生长出来的晶体质量有很大的影响。本文采用有限元法对探测器材料CdZnTe的晶体生长过程进行了热分析,主要研究了不同的坩埚下降速度对生长过程中晶体生长速度及固液界面形状的影响,发现材料的热导率和相变潜热的比值是影响固液界面形状的主要内因。模拟结果表明,当坩埚下降速度Vp≈1mm/h时,其数值与晶体生长速度接近相等,可获得接近水平的固-液界面。实际的晶体生长实验结果与计算机模拟的结论基本一致。因此,通过适当的选择和调节坩埚下降速度是获得高质量晶体的可行技术方案。

垂直布里奇曼法生长CdZnTe晶体时固液界面形状的控制

采用有限元法对探测器材料 Cd Zn Te的晶体生长过程进行了热分析 ,研究了不同因素对生长过程中固液界面形状的影响 .模拟结果表明 ,当坩埚下降速度约为 1m m/ h时 ,可获得接近水平的固 -液界面 .晶体生长实验结果与计算机模拟的结论基本一致 .因此 ,通过适当选择和调节坩埚下降速度可获得高质量晶体 .

垂直布里奇曼法生长铜单晶体的研究

Cu单晶在中子和X射线单色器及激光核聚变靶材等领域有重要应用前景。本文采用自制的硅钼棒单晶生长炉和特制的镀碳石英生长坩埚,采用垂直布里奇曼法在30℃/cm的温度梯度下,以10 mm/d的下降速度生长出较高质量的铜单晶体。生长的晶体经多次研磨抛光腐蚀处理后进行X射线衍射分析和金相分析,显示出(200)晶面尖锐的X射线衍射峰和规则的方形蚀坑,表明生长的晶体结构完整。

Cd补偿垂直布里奇曼法生长Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te晶体

采用传统垂直布里奇曼法和Cd补偿垂直布里奇曼法,分别生长出两根尺寸为φ30mm×130mm的Cd0.9Zn0.1Te晶锭。测试了晶体的结晶质量、成分分布、位错腐蚀坑密度(EPD)、红外透过率及电阻率。结果表明,Cd补偿垂直布里奇曼法生长的晶体结晶质量好、成分分布均匀、EPD低、红外透过性能好且电阻率高。这说明Cd补偿垂直布里奇曼法是一种生长高阻值CZT晶体的优良方法。

垂直布里奇曼法生长碘化铅单晶体

碘化铅(PbI2)晶体的平均原子序数较高,有较宽的禁带宽度,作为一种新型室温核辐射探测器材料有着广阔前景.以高纯Pb和I2单质为原料,采用两温区气相输运法(TVM)成功合成出单相PbI2多晶原料,并以此为原料,用垂直布里奇曼法(VBM)生长了3种不同颜色的PbI2单晶体.研究表明:晶体生长工艺参数对晶体的质量有重要影响,适当调整温度场和安瓿在生长炉中的位置,可有效地避免或减轻晶体富碘现象,从而生长出优质的黄色PbI2单晶体.

垂直布里奇曼法生长碲锌镉晶体的工艺条件优化

分析了利用垂直布里奇曼法生长碲锌镉晶体的工艺条件,如坩埚的材质和形状、炉体温场、固液界面形状、生长速率以及采用籽晶等生长条件对晶体单晶率和质量的影响,并提出了优化垂直布里奇曼法生长Cd Zn Te晶体的条件。

垂直布里奇曼法生长的Cd_(0.8)Mn_(0.2)Te单晶体中Te沉淀相分析

Cd1-xMnxTe(CdMnTe,CMT)是制备光学隔离器、太阳能电池、x射线和γ射线探测器的优选材料。本实验采用垂直布里奇曼(VB)法成功地生长出Cd0.8Mn0.2Te单晶体。用JEM-3010型高分辨透射电子显微镜(HRTEM)观察了CMT晶体中的纳米级Te沉淀。选区电子衍射得到了Te沉淀与CMT基体两相的合成电子衍射图。计算出单斜Te沉淀的晶胞参数为:a=0.31nm,b=0.79nm,c=0.47nm,β=92.71°。确定了Te沉淀和CMT基体的取向关系为(0■1)Te//(■02)CMT,[100]Te//[111]CMT。最后,对Te沉淀(缺陷)的形成原因进行了分析。

垂直布里奇曼法Cd_(1-x)Mn_(x)Te晶体生长过程的数值模拟与实验研究

为经济高效获得Cd_(1-x)Mn_(x)Te晶体垂直布里奇曼法(vertical Bridgman method,VBM)生长条件,基于有限元软件建立二维有限体积数值模型,模拟了VBM生长Cd_(1-x)Mn_(x)Te的晶体过程;探究坩埚内部熔体的传热、流动以及生长界面变化情况,分析5、10和15 K/cm 3种不同温度梯度条件对固液界面的影响。结果表明,晶体生长初期,固液界面径向流速差较大,从而使生长界面略凹向晶体;随着晶体生长的进行,固液界面逐渐平缓,开始有利于良好晶体的生长;在生长中后期,固液界面变为凸面,随着温度梯度的增大,可以更好地抑制对流,有利于获得高质量晶体。在模拟结果的基础上,调整不同阶段坩埚下降速度,进行Cd_(0.9)Mn_(0.1)Te晶体的制备,成功地生长出质量良好的Cd_(0.9)Mn_(0.1)Te晶体。

VB/VGF法制备掺FeInP晶体的电阻率均匀性

针对4.5英寸(1英寸≈2.54 cm)掺Fe InP晶体普遍存在的轴向和径向电学参数分布不均匀问题,深入研究了晶体生长工艺参数对电学参数分布的影响。结合垂直布里奇曼(VB)法和垂直梯度凝固(VGF)法,利用六段温区控制及坩埚线性下降的装置,优化了坩埚的旋转和下降速度,以调节掺杂剂Fe在熔体中的分凝、固液界面形状及晶体头部与尾部的生长速度。这些措施不仅改善了晶体的固液界面形状,使其由较凹变得平缓,同时实现了晶体生长速率的合理匹配与温度梯度的精确控制,显著提升了晶体的位错密度和电学参数的均匀性。与传统VGF法相比,VB/VGF法掺Fe InP晶体的轴向电阻率差值降低了259%,径向电阻率均匀性提高了2.0%~7.1%。

VB法生长CdZnTe晶体的放肩角度优化

基于有限元法构建了CdZnTe晶体生长模型,分析了不同放肩角度下固液界面的形态演变。模拟结果表明,放肩角度变化导致了放肩区域内温度梯度分布的变化,进而改变了该区段的固液界面形态。在60°/90°/120°/150°四种放肩角度中,120°能在放肩段得到最平坦的固液界面。随着生长进行,不同角度下固液界面的形态差异逐渐减小,在主体生长中所有界面形状趋于一致。根据模型参数进一步实施了CdZnTe晶体的生长实验,结果表明,在90°/120°/150°三种放肩角度中,120°放肩时晶锭头部的单晶率更高。

CsPbBr_(3)晶体生长及变温霍尔效应研究

以定向凝固法提纯的CsPbBr_(3)多晶为原料,采用垂直布里奇曼法生长出尺寸为∅30 mm×70 mm的CsPbBr_(3)单晶。采用ICP-OES对提纯后的多晶测试表明,提纯后的CsPbBr_(3)多晶中杂质含量减少了28.7%。经XRD和EDS对切割得到的晶片分析发现,晶片的晶面方向属{210}晶面族,晶体中Cs、Pb、Br_(3)种元素分布均匀,原子百分含量符合化学计量比。采用傅里叶红外光谱仪和紫外-可见分光光度计对晶体的透过率测试显示,生长晶体在500~4000 cm^(-1)波数范围内的红外透过率超过75%,紫外短波截止边为552 nm,拟合计算出对应的禁带宽度为2.246 eV。选取7个不同温度点对CsPbBr_(3)单晶进行变温霍尔效应测试发现,生长晶体为P型导电,在250~300 K和300~350 K之间晶体中主要的载流子散射机制分别为声学波散射和电离杂质散射,在150~250 K温度范围内,更符合多种散射机构共同作用的散射机制。进一步拟合载流子浓度p与1/T的关系,计算获得晶体中杂质电离能ΔE_(A)=0.3042 eV。

VB法生长低位错GaAs单晶

用于激光二极管(LD)和发光二极管(LED)的GaAs晶片,要求其具有低的位错密度(EPD)。为了获得低位错密度的GaAs晶片,必须先得到低位错密度的体单晶。我们采用垂直布里奇曼(VB)法分别得到了2英寸和3英寸的GaAs单晶,单晶长度可达10cm,平均位错密度5000cm-2。通过改变加热器结构,改善轴向和径向的温度梯度,优化了生长时的固液界面,得到的单晶长度达20cm,平均位错密度为500cm-2,最大位错密度小于5000cm-2。

VB-GaAs晶片翘曲度的控制方法

介绍了一种用化学腐蚀进一步降低VB-GaAs晶片翘曲度的方法。通过控制腐蚀液的配比、温度、时间等参数,显著改善了晶片翘曲度。经过腐蚀的切片、研磨片在检验时易于发现裂纹等缺陷,降低了后续工序中的碎片率,综合加工成品率有了明显提高。

镀碳膜对In掺杂GaSb晶体结构及性能的影响

针对GaSb晶体合成过程中Ga与Sb之间的不相容区域及较高的受主缺陷问题,基于垂直布里奇曼法,探讨了镀碳膜对GaSb晶体的影响,以及在镀碳膜后掺杂In对其物相组成、硬度、电阻率和热稳定性的影响。结果表明,镀碳膜能够有效隔绝原料与坩埚内壁的接触,从而提升晶体的结晶度。镀碳膜处理后,晶体的硬度从4.41 GPa下降至4.11 GPa,电阻率降至0.0198Ω·cm,同时热稳定性也得到了改善。在镀碳膜后进行In掺杂时,晶体的结晶度进一步显著提升,硬度从最低的4.11 GPa降至3.7 GPa,电阻率降至0.0019Ω·cm,热稳定性明显增强。研究结果为制备高性能的GaSb晶体提供了有效的方法。

单晶体Cd_(1-x)Mn_xTe中的法拉第旋转(英文)

室温下测量了本实验室生长的Cd0.8Mn0.2Te和Cd0.9Mn0.1Te单晶体的法拉第旋转谱。通过提高布里渊区中心L点的能隙值(E1)改进了法拉第旋转的多振子模型。用改进的模型拟合实验结果,得到Cd0.8Mn0.2Te和Cd0.9Mn0.1Te单晶体布里渊区中心Γ点的能隙值(E0)分别为1.804eV和1.667eV。该E0值比以往任何研究都更接近于计算值。