一种用于碲锌镉晶体制备过程中生长坩埚的SiC支撑托的制作方法

一种用于碲锌镉晶体制备过程中生长坩埚的sic支撑托
技术领域
1.本发明涉及晶体制备领域，具体涉及一种用于碲锌镉晶体制备过程中生长坩埚的sic支撑托。


背景技术：

2.众所周知，在溶体法生长单晶过程中，控制固液界面的形状和稳定性是单晶生长工艺的核心，能否得到一个有利、稳定的固液界面是获得完整单晶以及提高晶体质量的关键。而固液界面的形状又主要取决于晶体生长过程中热量的输运情况。固液界面处的热量输运主要包括与高温区的热量交换，与低温度的热量交换，与周围环境的热量交换。因此，控制固液界面处的热量的输运，提供一个合适而稳定的温场，在溶体法生长单晶的过程中是非常重要的。
3.固液界面处的热量输运分为两个矢量方向，一个是沿轴向的，称为轴向热流(qc)，另一个是沿径向的，称为径向热流(qr)。在溶体法生长单晶的过程中，理想的固液界面是不存在径向热流仅存在轴向热流的平状固液界面，或者径向热流是由周围环境输运给晶体的凸形固液界面。
4.但碲锌镉晶体在生长过程中，由于固态的热导率低于液态的热导率，导致随着生长固液界面的上升，轴向热流不断减小，径向热流不断增强，固液界面的形状及稳定性受到影响，变成不利于单晶生长的凹液面。同时，这种不稳定的固液界面容易使晶体在生长过程中诱发新晶核，导致晶体缺陷增多。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了提供一种碲锌镉晶体制备过程中使固液界面形状更加稳定的生长坩埚sic支撑托，这种支撑托相比于传统的支撑托具备更高的热导率，可以及时提取晶体生长过程中的热量，建立更加理想的晶体生长热场条件，稳定晶体生长过程中固液界面的形状。
6.本发明所采用的技术方案是：
7.一种用于碲锌镉晶体制备过程中生长坩埚的sic支撑托，包括底座基体，所述的底座基体为sic材料制备的圆柱体生长坩埚支撑托，呈柱体形状，底座基体的上端面为与生长坩埚底面形状吻合的弧面凹槽，弧面凹槽截面弧形所在圆的外直径与生长坩埚等径段的外径相同，内直径比生长坩埚的籽晶部分外径略大，弧面凹槽凹面与底座基体的外侧成圆角过渡。底座基体的下端面挖去一个与基体同心的一个圆柱体，用于嵌套于晶体生长的长晶杆顶端。底座基体的长度和生长坩埚等径部分的长度相同。
8.进一步地，所述底座基体为圆柱体形状。
9.进一步地，所述sic支撑托适用于垂直布里奇曼法(vb)和垂直温度梯度凝固法(vgf)生长碲锌镉单晶。
10.本发明的工作原理：
11.将挖去与底座基体同心圆的圆柱体后的sic支撑托嵌套在碲锌镉体晶的长晶杆顶端，长晶杆的外径与圆柱体的外径相同，保证晶体生长过程中，不存在晃动作用。由于弧面凹槽界面弧形的圆的外径与生长坩埚的外径相同，且弧面凹槽2的形状与生长坩埚底面形状完全吻合，所以弧面凹槽2与生长坩埚外壁接触面积达最大，可以对生长坩埚达到有效的支撑和保护作用，同时及时的提取晶体生长过程中生长坩埚底部的热量，在减小应力对生长坩埚损伤的同时，建立更加稳定、理想的晶体生长热场条件。圆角可避免底座对生长坩埚的损伤。
12.本发明的有益效果：
13.(1)有效固定生长坩埚，防止生长坩埚在溶体法生长单晶的过程中左右移动；(2)可稳定、贴合的托住晶体生长坩埚，减小应力对生长坩埚的损伤；(3)能及时提取晶体生长过程中的热量，帮助建立理想的晶体生长热场条件，稳定晶体生长过程中固液界面的形状。
14.本发明采用热导率更高的sic作为碲锌镉晶体生长坩埚的支撑托材料，在碲锌镉晶体生长过程中，及时提取碲锌镉晶体中的热量，帮助建立理想的晶体生长热场条件，稳定固液界面的形态。采用本发明的sic支撑托成功制备出了直径为90mm的碲锌镉单晶，晶体的单晶率、质量得到极大的改善。
附图说明
15.图1是本发明的结构示意图。
16.图2是附图1的俯视图。
17.图3是本发明中实施例中碲锌镉晶锭1的示意图。
18.图4是本发明中实例中碲锌镉晶锭1的沉积相示意图。
19.图中：1-底座基体；2-弧面凹槽；3-圆角；4-圆柱体；5-sic粉。
具体实施方式
20.结合附图和具体实施方式对本技术方案进行详细说明。
21.由图1所示，一种用于碲锌镉晶体制备过程中生长坩埚的sic支撑托包括底座基体1，所述的底座基体1为sic材料制备的圆柱体生长坩埚支撑托，底座基体1的上端面为与生长坩埚底面形状吻合的弧面凹槽2，弧面凹槽2表面光滑弧面凹槽截面弧形所在圆的外直径与生长坩埚等径段的外径相同，内直径比生长坩埚的籽晶部分外径略大，保证生长坩埚的籽晶部分能够嵌合在底座基体1中，弧面凹槽2的凹面与底座基体1的外侧成圆角3过渡。底座基体1的下端面挖去一个与基体同心的一个圆柱体4，用于嵌套于晶体生长的长晶杆顶端，保障晶体生长过程中生长坩埚稳固的居于长晶炉中心。底座基体的长度和生长坩埚等径部分的长度相同。
22.在实际操作中，将挖去与底座基体1同心圆的圆柱体4后的sic支撑托嵌套在碲锌镉体晶的长晶杆顶端，要求长晶杆的外径与圆柱体4的外径相同，保证晶体生长过程中，不存在晃动作用。然后将装有碲锌镉材料的生长坩埚放置于弧面凹槽2上，由于弧面凹槽2界面弧形的圆的外径与生长坩埚的外径相同，且弧面凹槽2的形状与生长坩埚底面形状完全吻合，所以弧面凹槽2与生长坩埚外壁接触面积达最大，可以对生长坩埚达到有效的支撑和保护作用，同时及时的提取晶体生长过程中生长坩埚底部的热量，在减小应力对生长坩埚
损伤的同时，建立更加稳定、理想的晶体生长热场条件。圆角3可避免底座对生长坩埚的损伤。
23.本实例提供了高质量、大直径碲锌镉单晶的制备方法，选用sic作为碲锌镉晶体生长坩埚的支撑托材料。
24.实施例1：
25.第一步：按碲锌镉晶体化学计量比进行配料、合成；
26.第二步：将合成好的碲锌镉多晶在百级超净间内取出，装入生长坩埚内，经抽真空后，对生长坩埚密封烧结；
27.第三步：将sic支撑托按所述实际操作中置于垂直布里奇曼方法晶体生长设备中的长晶杆上；
28.第四步：将第二步中密封烧结的生长坩埚放置于第三步的sic支撑托的上端面，通过垂直布里奇曼方法生长碲锌镉晶体；
29.第五步：将第四步生长完毕的生长坩埚取出，取出碲锌镉晶锭，在内圆切片机上切片；
30.第六步：将切割好的碲锌镉晶片经磨抛处理后，在红外透射显微镜下观察碲锌镉晶片的沉积相缺陷为三角状的富te状态，密度≤5
×
103cm-2
。


技术特征：
1.一种用于碲锌镉晶体制备过程中生长坩埚的sic支撑托，包括底座基体(1)，其特征在于：所述底座基体(1)为柱体形状，底座基体(1)的上端面为与生长坩埚底面形状相吻合的弧面凹槽(2)；所述弧面凹槽(2)的截面弧形所在圆的外直径与生长坩埚等径段外径相同，其内直径比生长坩埚的籽晶段外径大且用sic粉(5)填充；在所述弧面凹槽(2)的凹面与底座基体(1)的外侧设置圆角(3)；所述底座基体(1)的下端面挖去一个与其同心的一个圆柱体(4)，用于嵌套于晶体生长的长晶杆顶端。2.根据权利要求1所述的sic支撑托，其特征在于：所述底座基体(1)的长度和生长坩埚等径部分的长度相同。3.根据权利要求1所述的sic支撑托，其特征在于：所述底座基体(1)为圆柱体形状。4.根据权利要求1至3任一项所述的sic支撑托，其特征在于：所述sic支撑托适用于垂直布里奇曼法和垂直温度梯度凝固法生长碲锌镉单晶。

技术总结
本发明涉及一种用于碲锌镉晶体制备过程中生长坩埚的SiC支撑托，包括底座基体，该基体为圆柱体生长坩埚支撑托，其上端面为与生长坩埚底面形状吻合的弧面凹槽，弧面凹槽截面弧形所在圆的外直径与生长坩埚等径段的外径相同，内直径比生长坩埚的籽晶部分外径略大并用SiC粉填充，弧面凹槽凹面与底座基体的外侧成圆角过渡。底座基体的下端面挖去一个与底座基体同心的一个圆柱体，用于嵌套于晶体生长的长晶杆顶端，保证晶体能稳固在生长炉中间。底座基体的长度和生长坩埚等径部分的长度相同。本发明在碲锌镉晶体生长过程中，及时提取碲锌镉晶体中的热量，帮助建立理想的晶体生长热场条件，稳定固液界面的形态，极大改善了碲锌镉单晶的质量和单晶率。质量和单晶率。质量和单晶率。


技术研发人员：赵鹏 姜军 孔金丞 陈少璠 赵文 庹梦寒 袁绶章 王静宇 姬荣斌
受保护的技术使用者：昆明物理研究所
技术研发日：2020.10.26
技术公布日：2022/5/16