分布式碲锌镉晶体制备材料区熔提纯炉研究

针对远红外探测器衬底制造对高品质碲锌镉单晶材料的需求,为了满足高品质碲锌镉单晶生长对高纯度原材料的需要,基于区熔提纯原理与工艺实现方法设计出一种由区熔炉炉体、移动加热装置、气路系统和电气控制系统等组成的分布式碲锌镉晶体制备材料区熔提纯炉。采用氢气除杂、氮气保护和伺服机构控制加热温度场移动的方法来实现区熔提纯。在区熔窄区宽度为15 mm和倾斜角度为7°的条件下,开展了碲、锌和镉等原材料的区熔提纯实验。结果表明,当加热温度高于材料熔点50 K且移动速度为0.006 mm·s^-1时,区熔加热装置往复移动10次以上,可将碲锌镉晶体制备所需的原材料纯度由6N (99.9999%)提高到7N (99.99999%);分布式碲锌镉晶体制备材料区熔提纯炉的加热温度、加热装置移动速度和移动稳定性较好。     

大尺寸碲锌镉基碲镉汞材料分子束外延技术研究

针对高质量、大规模碲镉汞红外焦平面探测器需求的持续增加,本文开展了使用分子束外延方式在50 mm×50 mm(211)B碲锌镉衬底上外延碲镉汞材料技术的研究.通过对碲锌镉衬底改进湿化学腐蚀、碲锌镉衬底预处理、碲锌镉衬底缓冲层生长、碲锌镉基碲镉汞材料工艺开发等方面的研究,开发出了能够稳定获得碲锌镉基碲镉汞材料的工艺.材料...     

碲锌镉衬底晶面极性对水平液相外延碲镉汞薄膜的影响

研究了碲锌镉衬底（111）晶面的不同极性对水平推舟液相外延生长碲镉汞薄膜的影响。实验结果显示,（111）A面碲锌镉衬底水平液相外延生长碲镉汞薄膜材料组分和厚度均与常规（111）B面碲锌镉衬底碲镉汞薄膜材料相当;碲镉汞母液在采用（111）A面、（111）B面衬底进行液相外延生长的碲镉汞薄膜上接触角分别为（50±2）°和（30±2）°,结合微观模型分析确认碲镉汞母液在碲镉汞薄膜（111）A面存在更大的表面张力;观察并讨论了（111）A面碲镉汞与（111）B面碲镉汞薄膜材料表面微观形貌的差别;实验获得的（111）A面碲镉汞薄膜XRD半峰宽为33.1arcsec。首次报道了（111）晶面选择对母液残留的影响,研究结果表明,采用（111）A面碲锌镉衬底进行碲镉汞水平推舟液相外延生长,能够在不降低晶体质量的情况下,大幅减小薄膜表面母液残留。     

碲锌镉衬底表面在碲镉汞液相外延工艺中的热腐蚀效应

该研究以提高液相外延碲镉汞材料的质量为出发点,研究液相外延生长过程中碲锌镉衬底受到高温汞蒸气影响后的变化情况,并利用光学显微镜、白光干涉仪、能谱仪等分析测试手段对碲锌镉衬底表面进行分析.研究结果表明,液相外延生长过程中,高温汞蒸气对碲锌镉衬底中表面沉淀物尺寸无明显影响,但在衬底表面发现两种类型的腐蚀点,一种是尺寸为25μm左右的较大腐蚀点,分布较均匀;另一种是尺寸为7μm左右的圆形腐蚀点,分布不均匀.衬底经过液相外延薄膜成核生长前的温度变化过程以及高温Hg蒸气的作用,碲锌镉衬底表面形貌呈鱼鳞状,粗糙度增大了50%以上.     

碲锌镉缓冲层液相外延技术的研究

文章报道了采用液相外延方法,在碲锌镉衬底上进行碲锌镉薄膜缓冲层生长的情况,并且采用X光双晶衍射仪、X光形貌仪、红外傅里叶光谱仪、二次离子质谱仪等手段对碲锌镉薄膜进行了表征,碲锌镉薄膜具有较好地组分及均匀性,晶体结构质量也较好.采用碲锌镉缓冲结构生长了碲镉汞液相外延片,其碲锌镉与碲镉汞薄膜界面附近的杂质得到了有效的控制.     

碲锌镉缓冲层液相外延技术的研究

文章报道了采用液相外延方法，在碲锌镉衬底上进行碲锌镉薄膜缓冲层生长的情况，并且采用X光双晶衍射仪、X光形貌仪、红外傅里叶光谱仪、二次离子质谱仪等手段对碲锌镉薄膜进行了表征，碲锌镉薄膜具有较好地组分及均匀性，晶体结构质量也较好。采用碲锌镉缓冲结构生长了碲镉汞液相外延片，其碲锌镉与碲镉汞薄膜界面附近的杂质得到了有效的控制。     

碲镉汞材料提纯研究

杂质是影响碲镉汞器件性能的重要因素之一。对于碲锌镉衬底晶体和窄禁带碲镉汞材料来说,杂质的影响更加显著。主要论述了碲镉汞材料中常见的杂质类型以及杂质在材料中的作用,并分析了影响器件性能的主要杂质。采用辉光放电质谱法(Glow Discharge Mass Spectrometry, GDMS)测试了材料中的杂质含量,同时通过改进的区熔工艺降低了碲锌镉衬底及液相外延生长的碲镉汞薄膜材料中的杂质含量,提高了碲镉汞薄膜的电学性能,从而满足高性能碲镉汞红外探测器的制备要求。     

碲锌镉缓冲层液相外延技术的研究

文章报道了采用液相外延方法，在碲锌镉衬底上进行碲锌镉薄膜缓冲层生长的情况，并且采用X光双晶衍射仪、X光形貌仪、红外傅里叶光谱仪、二次离子质谱仪等手段对碲锌镉薄膜进行了表征，碲锌镉薄膜具有较好地组分及均匀性，晶体结构质量也较好。采用碲锌镉缓冲结构生长了碲镉汞液相外延片，其碲锌镉与碲镉汞薄膜界面附近的杂质得到了有效的控制。     

碲化锌镉摄像靶的材料和性能

本文叙述了研制和生产碲化锌镉摄像管过程中的靶光导层材料试验的基本情况,着重讨论材料组成及其处理方法对摄像靶各种参数及靶背景中疵点的影响。还介绍几种碲化锌镉新结构靶的一些情况。     

Cd1-xZnxTe晶体中由本征缺陷引起的导电类型转变界面研究

在富Te生长条件下,采用垂直布里奇曼法（vertical Bridgman method, VB）生长的部分碲锌镉（Cd_1-xZn_xTe, CZT）晶体内存在导电类型转变界面。为深入探讨碲锌镉晶体导电类型转变界面形成的原因,结合晶体导电类型和红外光谱透过率的测试结果与第一性原理的理论计算进行分析,结果表明,碲锌镉晶体内的导电类型转变界面是晶体生长过程中形成的Cd空位（V_Cd）缺陷与Cd间隙（Cd_i）缺陷导致的。在富Te条件的生长过程中,Cd空位缺陷易于形成,碲锌镉晶体材料中含有大量的Cd空位缺陷,材料的导电型为p型。在晶体生长结束阶段的降温过程中,Cd原子会扩散至碲锌镉晶体中,促进了Cd间隙缺陷的形成,在碲锌镉晶体材料中形成Cd间隙缺陷,导致晶体材料的导电性转变为n型。     

Parameter Optimization of CdZnTe Crystal Growth Simulated by Finite Element Method

During the crystal grown by VBM, the solid/liquid interface configurations greatly influence the quality of as-grown crystals. In this paper, finite element method (FEM) was used to simulate the growth process of CdZnTe crystal. The effects of different crucible moving rates and temperature gradient of adiabatic zone on crystal growth rate and solid-liquid interface configuration were studied as well. Simulation results show that when crucible moves at the rate of about 1 mm/h, which is nearly equal to crystal growth rate, nearly flat solid/liquid interface and little variation of axial temperature gradient near it can be attained, which are well consistent with the results of experiments. CdZnTe crystal with low dislocation density can be obtained by employing appropriate crucible moving rate during the crystal growth process.     

碲锌镉晶体VGF法生长温场的梯度区高度设计研究北大核心CSCD

本文对不同梯度区高度的VGF法温场生长碲锌镉(CdZnTe)晶体过程进行了稳态和非稳态仿真模拟分析。研究发现,晶体生长等径初期界面凸度随着梯度区高度的增加而减小;等径末期界面凸度受梯度区高度的影响不大;界面的凸度与固液界面温度梯度变化率正相关。非稳态模拟结果显示,现有变温条件下,晶体生长过程中固液界面凸度存在先增大后减小的趋势,趋势转变点接近梯度区高度中点;界面形状的变化趋势受固液界面上生长速度分布直接影响;对比而言,10 cm高的梯度区更容易实现前中期固液界面凸界面的获得,利于形成高单晶率CdZnTe晶体。     

大口径倍频晶体高精度温控装置的研制

非临界相位匹配条件下,为保证大口径倍频晶体具有较高的温度稳定性与一致性,在全口径范围内实现最优的倍频转换效率,设计了一种采用电加热方法进行高精度温度控制的装置。在装置设计中,充分考虑倍频晶体导热系数小、形状薄而大的特点,通过热传导加热倍频晶体,并同时加热装置其他部分,形成自然对流,均衡晶体温度。通过仿真和实验得到该装置温度分布的整体规律,得到在不同加热长度下,晶体稳定温度及稳定所需时长随晶体材料导热系数变化的规律。实验和仿真均表明:该装置能加热80 mm口径的倍频晶体至目标温度,并将其温度一致性控制在0.15℃范围内。     

单晶炉保温与热屏优化的数值模拟与改造

改进CG6000型单晶炉的热场,增加下保温碳毡和上保温罩,改一段式导流筒为三段式导流筒。通过CGsim模拟软件的晶体生长模拟,对比了改进前与改进后的热场,模拟分析指出改进后热场加热功率降低,熔体温场改善,晶体﹑熔体轴向的温度梯度均升高,拉晶速率提升。通过单晶生长实验,验证了热场功率的降低和等径拉速的提高,改善在等径生长的后期更为明显。     

Y60A单晶炉的热场设计及测试

结合LBO、BBO等氧化物晶体生长的工艺条件 ,在一台包含三温区的晶体生长炉中进行热场控制的实验研究 ,实验结果表明该炉室恒温区内控温精度≤± 0 2℃ ;炉温均匀度≤± 1℃。     

碲锌镉籽晶定向熔接技术研究

应用CdZnTe晶体作为衬底材料时,其晶向非常关键。CdZnTe晶体籽晶引晶定向生长技术能够有效提高晶体利用率。但是,受碲锌镉晶体生长方法限制,CdZnTe籽晶引晶技术成功率并不高。本文即通过一系列实验研究了籽晶熔接过程升温方式以及籽晶晶向对碲锌镉籽晶熔接成功率的影响,并确定了升温方式是籽晶熔接的关键工艺所在。后续籽晶引晶生长晶向能否持续与籽晶选择晶向有关。通过显著提升初始熔体过热度可以促进<111>籽晶引晶晶向的保持。     

Recent progress in CdZnTe crystals

CdZnTe crystals were grown by vertical gradient freezing (VGF) method with a Cd reservoir for controlling the Cd pressure under conditions such that the crystals are in equilibrium with a Cd vapor corresponding to the minimum deviation from stoichiometry. The precipitate size became smaller by a post growth annealing method in the VGF furnace after the crystal growth without using wafer annealing. The size became less than 2 μm. Precipitate-free crystals were also grown by controlling the cooling method. In addition, the carrier concentration of p-type CdZnTe crystals was reduced using polycrystals grown in pBN boats. We have found that the carrier concentration of p-type ingots is dependent on Na and Li impurity concentrations.     

CdZnTe substrate impurities and their effects on liquid phase epitaxy HgCdTe

Impurity levels were tracked through the stages of substrate and liquid phase epitaxy (LPE) layer processing to identify sources of elements which degrade infrared photodetector performance. Chemical analysis by glow discharge mass spectrometry and Zeeman corrected graphite furnace atomic absorption effectively showed the levels of impurities introduced into CdZnTe substrate material from the raw materials and the crystal growth processes. A new purification process(in situ distillation zone refining) for raw materials was developed, resulting in improved CdZnTe substrate purity. Substrate copper contamination was found to degrade the LPE layer and device electrical properties, in the case of lightly doped HgCdTe. Anomalous HgCdTe carrier type conversion was correlated to certain CdZnTe and CdTe substrate ingots.     

化学气相传输法生长ZnO单晶

利用化学气相传输法生长了ZnO单晶.通过控制源区和生长端的温度梯度,使用碳辅助增强质量传输效应,在无籽晶自发成核的条件下,得到了晶粒尺寸达5mm×8mm的ZnO晶体.利用长有GaN层的蓝宝石晶片作为籽晶,得到了直径32mm、厚4mm左右的ZnO单晶体.用光致发光谱和X射线双晶衍射研究了ZnO晶体的性质并对生长的热力学过程和现象进行了分析.     

悬浮区熔法生长锗单晶

采用悬浮区熔工艺,生长出了最大直径(等径部分)22 mm的<100>晶向锗单晶,单晶等径长度20 mm,总长度80 mm。为减小锗单晶生长中的重力作用,并提高温度梯度以增强结晶趋动力,特别设计了锗单晶生长用的加热线圈,包括设计线圈的内径为18 mm,线圈的下表面设计为0°的平角,上表面设计成9°的锥形等。改进后的加热线圈有效地减小了熔体的质量,消除了熔体因重力作用而引起的下坠及因下坠而在上界面形成的无法熔化的腰带。实验表明,锗单晶生长对功率变化非常敏感,生长过程中极易引入位错,但在有大量位错的情况下,晶棱能依然保持完好。