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移动加热器法生长CdMnTe和CdZnTe晶体的性能研究（英文）

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人工晶体学报 2015年第4期44卷 872-878页

作者：梁巍王林军张继军秦凯丰赖建明吴文其上海大学材料科学与工程学院上海200072

采用移动加热器法生长铟惨杂浓度为5×10^17atoms/cm3的Cd0.9Mn0.1Te（CMT）和Cd0.9Zn0.1Te（CZT）单晶。生长得到的CMT晶体和CZT晶体电阻率范围为4.5×10^9~6.2×10^10Ω·cm。CMT晶体的成分均匀性要优于CZT晶体,拟合得到CMT和CZT晶体... 详细信息

采用移动加热器法生长铟惨杂浓度为5×10^17atoms/cm3的Cd0.9Mn0.1Te（CMT）和Cd0.9Zn0.1Te（CZT）单晶。生长得到的CMT晶体和CZT晶体电阻率范围为4.5×10^9~6.2×10^10Ω·cm。CMT晶体的成分均匀性要优于CZT晶体,拟合得到CMT和CZT晶体中Mn和Zn的分凝系数分别为0.95和1.23。富Te区在两种晶体生长过程中都具有显著的提纯作用,In惨杂的浓度范围均在6.4~14.4 ppm范围内。红外透射显微镜观察到三角形和六边形为主的Te夹杂的尺寸5~24μm,浓度为105cm-3。除最后结晶区之外,沿晶体生长方向Te夹杂的尺寸逐渐减小而浓度逐渐增大。制备的CMT和CZT探测器对59.5 keV 241Am放射源均有能谱响应,能量分辨率分别为23.2%和24.6%。

关键词：碲锰镉碲锌镉移动加热器法电阻率

移动加热器法生长CZT晶体的成分及缺陷均匀性研究

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人工晶体学报 2013年第11期42卷 2215-2219,2229页

作者：陈曦王涛周伯儒何杰李阳杨帆徐亚东查钢强介万奇西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072

采用移动加热器法,成功生长出尺寸为φ55 mm×70 mm的CdZnTe晶体。采用电子探针、光致发光谱等方法,测试了晶体径向的成分和缺陷分布,并与垂直布里奇曼法生长的同成分CdZnTe晶体进行了对比分析。结果表明,移动加热器法生长的CdZnTe晶体... 详细信息

采用移动加热器法,成功生长出尺寸为φ55 mm×70 mm的CdZnTe晶体。采用电子探针、光致发光谱等方法,测试了晶体径向的成分和缺陷分布,并与垂直布里奇曼法生长的同成分CdZnTe晶体进行了对比分析。结果表明,移动加热器法生长的CdZnTe晶体沿径向的成分和缺陷分布均匀,均优于垂直布里奇曼法生长的晶体。

关键词： CdZnTe 移动加热器法成分缺陷均匀性

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移动加热器法晶体生长工艺的研究进展

材料科学与工艺 2017年第4期25卷 50-56页

作者：高笑刘俊成翟慎秋山东理工大学材料科学与工程学院山东淄博255049

移动加热器法被认为是一种切实可行的生长大尺寸、高质量单晶体的方法,它结合了液相外延和区熔提纯的优点.本文阐述了移动加热器法晶体生长的基本原理、优缺点,综述了相关加热方式、晶体生长过程中的质量输运和热交换,并探讨了工艺条件... 详细信息

移动加热器法被认为是一种切实可行的生长大尺寸、高质量单晶体的方法,它结合了液相外延和区熔提纯的优点.本文阐述了移动加热器法晶体生长的基本原理、优缺点,综述了相关加热方式、晶体生长过程中的质量输运和热交换,并探讨了工艺条件(如重力场、磁场、强迫对流等和晶体生长速率)对移动加热器法生长晶体过程与晶体质量的影响,最后对移动加热器法的发展趋势进行了展望.

关键词：晶体生长工艺移动加热器法基本原理加热方式工艺条件生长速率

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移动加热器法碲锌镉晶体生长系统热场研究

人工晶体学报 2023年第9期52卷 1589-1598页

作者：徐哲人张继军曹祥智卢伟刘昊祁永武上海大学材料科学与工程学院上海201900

碲锌镉(Cd_(1-x)Zn_(x)Te,简称CdZnTe或CZT)是一种在室温下工作的半导体核辐射探测材料,因其优越的光电特性近年来受到越来越多的关注,在医学成像、环境监测和空间探测领域的应用也愈发广泛。移动加热器法(THM)被认为是目前生长CZT单晶... 详细信息

碲锌镉(Cd_(1-x)Zn_(x)Te,简称CdZnTe或CZT)是一种在室温下工作的半导体核辐射探测材料,因其优越的光电特性近年来受到越来越多的关注,在医学成像、环境监测和空间探测领域的应用也愈发广泛。移动加热器法(THM)被认为是目前生长CZT单晶最有前景的方法之一。晶体生长过程中,合适的温场是获得优质晶体的前提条件。本文使用Fluent软件对电阻加热式THM生长CZT单晶生长系统展开热场研究,首先建立描述系统热输运的物理和数学模型,提出一种设立控温点的逆模拟方法解决了加热器功率并非既定值的模拟难点,设定功率分别为225.6、343.7、1045.9、92.5、199.6 W的5个加热器情况下的炉内温场计算值与实验测量值有了较好的吻合。进而研究加热器与炉膛管距离、散热区宽度等炉膛结构对坩埚内CZT原料区温度分布的影响。研究结果表明,Canthal炉管与加热器间距离由5 mm增大至10、15 mm后,最高温度减小3.7%、5.6%,散热区宽度由30 mm增大至50、80 mm后,熔区宽度分别减小32.7%、50.0%。

关键词：碲锌镉晶体移动加热器法半导体数值模拟热场炉膛结构

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移动加热器法生长碲镉汞晶体的数值模拟

物理学报 1995年第3期44卷 439-445页

作者：严北平刘家璐张廷庆王朝东郎维和张宝峰西安电子科技大学微电子学研究所西安710071 电子工业部第11研究所北京100015

提出采用移动加热器(THM)法在稳态条件下生长碲镉汞晶体的理论模型.该模型利用与时间相关的一维物质扩散方程组,熔区自由边界通过考虑相图来确定,没有考虑对流的影响.给出了x=0.2时碲镉汞晶体生长过程的数值解.结果表明,在生长初始阶段... 详细信息

提出采用移动加热器(THM)法在稳态条件下生长碲镉汞晶体的理论模型.该模型利用与时间相关的一维物质扩散方程组,熔区自由边界通过考虑相图来确定,没有考虑对流的影响.给出了x=0.2时碲镉汞晶体生长过程的数值解.结果表明,在生长初始阶段,生成晶体的组分是不均匀的,其长度与生长条件如熔区长度、加热器移动速度、温场分布等因素有关,在初始阶段过后,生成晶体的组分接近多晶料的组分.

关键词：碲镉汞晶体移动加热器法晶体生长数值模拟

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移动加热器法晶体生长的研究

材料导报 2011年第11期25卷 11-15,20页

作者：李其松刘俊成山东理工大学材料科学与工程学院淄博255049

介绍了移动加热器法晶体生长的基本原理及其优缺点,报道了国内外最新研究进展,讨论了不同工艺参数,如磁场、加速坩埚旋转、重力、生长速度、温度等对THM生长晶体的影响,提出了提高THM生长晶体速度的设想,并就未来THM生长晶体的研究方法... 详细信息

介绍了移动加热器法晶体生长的基本原理及其优缺点,报道了国内外最新研究进展,讨论了不同工艺参数,如磁场、加速坩埚旋转、重力、生长速度、温度等对THM生长晶体的影响,提出了提高THM生长晶体速度的设想,并就未来THM生长晶体的研究方法和发展趋势提出了自己的看法。

关键词：晶体生长移动加热器法磁场加速坩埚旋转重力

移动加热器法生长碲锌镉晶体的组分输运与界面形貌研究

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人工晶体学报 2022年第6期51卷 973-985页

作者：张嘉泓张继军王林军徐哲人曹祥智卢伟上海大学材料科学与工程学院上海201900

移动加热器法(THM)生长碲锌镉晶体时,界面稳定性对晶体生长的质量有很大影响。本文基于多物理场有限元仿真软件Comsol建立了THM生长碲锌镉晶体的数值模拟模型,讨论了Te边界层与组分过冷区之间的关系,对不同生长阶段的物理场、Te边界层... 详细信息

移动加热器法(THM)生长碲锌镉晶体时,界面稳定性对晶体生长的质量有很大影响。本文基于多物理场有限元仿真软件Comsol建立了THM生长碲锌镉晶体的数值模拟模型,讨论了Te边界层与组分过冷区之间的关系,对不同生长阶段的物理场、Te边界层与组分过冷区进行仿真研究,最后讨论了微重力对物理场分布的影响,并对比了微重力与正常重力下的生长界面形貌。模拟结果表明,Te边界层与组分过冷区的分布趋势是一致的,在不同生长阶段,流场中次生涡旋的位置会发生移动,从而导致生长界面的形貌随着生长的进行发生变化,同时微重力条件下形成的生长界面形貌最有利于单晶生长。因此,在晶体生长的中前期,对次生涡旋位置的控制和对组分过冷的削弱,是THM生长高质量晶体的有效方案。

关键词：碲锌镉移动加热器法 Comsol 数值模拟 Te边界层组分过冷微重力

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移动加热器法生长碲锌镉晶体的数值模拟

移动加热器法生长碲锌镉晶体的数值模拟

作者：刘法志山东理工大学

学位级别：硕士

碲锌镉(CadmiumZincTelluride,Cd1-xZnxTe)晶体以其优异的光电特性,引起了越来越多的研究者的重视,其中Cd0.96Zn0.04Te晶体常被用于制作高性能碲镉汞红外探测器的衬底材料,尤其引人注目。但碲锌镉晶体生长中存在的生产成本高,制得晶体... 详细信息

碲锌镉(CadmiumZincTelluride,Cd1-xZnxTe)晶体以其优异的光电特性,引起了越来越多的研究者的重视,其中Cd0.96Zn0.04Te晶体常被用于制作高性能碲镉汞红外探测器的衬底材料,尤其引人注目。但碲锌镉晶体生长中存在的生产成本高,制得晶体质量差、体积小等问题至今未能有效解决。移动加热器法(Travelling heater method,简称THM)作为一种低成本制备大体积、高质量单晶体的方法,有望解决上述难题。但THM生长碲锌镉晶体也存在生长速度低、工艺参数不成熟等问题。本文对Cd1-xZnxTe晶体生长用坩埚内壁镀膜工艺的影响因素进行了系统研究,优化了工艺参数。实验结果表明:镀膜温度对碳膜质量的影响最为显著;其次是镀膜时间,再次为冷却时间,而气体流量对碳膜质量的影响最小。镀膜工艺的优化参数:镀膜温度为1010℃,气体流量为6L/h,镀膜时间为6h,冷却时间为18h。该工艺参数得到的碳膜较为均匀,且与石英结合强度高。本文利用Marc有限元仿真模拟软件模拟研究了 THM生长Cd0.96Zn0.04Te晶体的过程,探讨了坩埚材质、炉膛温度边界、生长速度等工艺参数的影响,并在此基础上对工艺参数进行了优选。主要研究内容如下:模拟研究了石英、石墨两种材质坩埚对THM生长碲锌镉晶体的影响。通过比较其对碲溶剂区和籽晶区温度梯度、碲溶剂区可以达到的最高温度、固液界面形状的影响,并结合实际实验条件,决定优选内壁镀有一薄层碳膜的石英坩埚;模拟研究了相同晶体生长半径下不同过热度对THM生长碲锌镉晶体的影响。通过对温度梯度、热流密度、固液界面形状的变化的比较研究,认为当THM生长R=20mm的碲锌镉晶体时过热约100K左右的炉膛温度边界是理想的;模拟研究了生长速度对THM生长碲锌镉晶体的影响,并定性探讨了生长半径与生长速度的关系。通过生长速度对温度、温度梯度、热流密度、固液界面形状的影响的比较,认为当THM生长R=20mm的碲锌镉晶体时,4.6×10-5mm/s的生长速度较佳;采用加速坩埚旋转技术-垂直布里奇曼(ACRT-VB)法生长了Φ40的Cd0.96Zn0.04Te单晶体。应用Everson腐蚀剂显示晶体内的位错,采用蚀坑密度法统计了晶体内的位错密度。晶片边缘位置处的蚀坑密度大于晶片中心处的蚀坑密度;晶体底部的蚀坑密度明显大于晶体中上部的位错密度。ACRT显著增加了晶体内位错密度。参数不同,位错密度增加的程度亦不同。

关键词：碲锌镉晶体移动加热器法温度场生长速度位错

移动加热器法生长GalnSb晶体对流和传热的数值模拟

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移动加热器法生长GalnSb晶体对流和传热的数值模拟

作者：张政天津工业大学

学位级别：硕士

锑铟镓作为典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体,因其晶格参数和能隙宽度可以通过In组分来调节,可广泛应用于探测器、激光器、光电通讯、卫星导航等领域。由于GaSb-InSb伪二元相图中固相线和液相线之间存在较宽的固液共存区,导致晶体生长时会出... 详细信息

锑铟镓作为典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体,因其晶格参数和能隙宽度可以通过In组分来调节,可广泛应用于探测器、激光器、光电通讯、卫星导航等领域。由于GaSb-InSb伪二元相图中固相线和液相线之间存在较宽的固液共存区,导致晶体生长时会出现较为严重的成分偏析现象和固液界面的不稳定,进而影响所制备的GalnSb晶体质量。采用移动加热器法生长晶体可以减少机械振动对熔体流动的影响,达到区熔生长GalnSb晶体的目的。为了优化移动加热器法生长GalnSb晶体的工艺参数,缩短实验周期,本文利用有限元法模拟计算自然对流下移动加热器法生长GalnSb晶体的传热和液相对流过程,并研究施加旋转磁场对晶体生长过程传热和液相对流的影响。主要研究内容和结论如下:(1)研究了晶体半径与所需炉膛温度场的关系。结果表明:移动加热器法生长晶体使用籽晶时,在相同的炉膛温度条件下,随着晶体半径的增大,会出现“热不透”的现象。随着晶体半径的增大,提高炉膛的温度才能保证晶体生长过程的持续进行。但如果炉膛温度过高,容易导致籽晶全部熔化,使籽晶引入失败。(2)研究了炉膛温度和晶体半径对移动加热器法生长GalnSb晶体过程温度场和流场分布的影响。结果表明:采用籽晶法生长晶体时,温度过低会导致固液界面形状的凸起程度越大和熔融区域径向流速的不稳定分布。温度过高会导致固液界面形状的凸起程度越小,但同时已结晶晶体的温度梯度越大,会导致位错产生的几率越大。在相同炉膛温度下,随着半径的增大,固液界面的凸起程度明显增加,但是熔体的流动速度增加很少。因此,使用移动加热器法生长大直径的GalnSb晶体时,建立合适的温度场是生长高质量GalnSb单晶的关键。(3)研究了旋转磁场对移动加热器法生长GaInSb晶体过程温度场和流场分布的影响。结果表明:旋转磁场可以明显减小晶体生长固液界面的凸起程度,但磁场强度的增加对固液界面的影响较小。施加旋转磁场以后,熔体的流速增大了1个数量级以上,而且随着磁场强度的增加,熔体的流速明显增大。采用旋转磁场生长直径为0.01 m的GalnSb晶体时,最佳磁场强度是10 mT。

关键词：锑铟镓晶体移动加热器法数值模拟旋转磁场温度场流场