DE2422251C2 - Process for the production of a doped cadmium telluride single crystal - Google Patents
Process for the production of a doped cadmium telluride single crystalInfo
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Description
2.2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) in einem geschlossenen Gefäß durchgeführt und der erhaltene Festkörper von seinem, den Lunker enthaltenden oberen Teil befreit, abgebeizt und gespQlt wird.The method of claim 1 wherein the step (A) carried out in a closed vessel and the solid body obtained from its, the blowholes containing the upper part is freed, stripped and rinsed.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, wobei man für Schritt (c) einen solchen Überschuß an Tellur wählt, daß sich der Kristall bei 9000C unter Legierungsbildung löst3. The method according to claim 1 and 2, wherein one chooses such an excess of tellurium for step (c) that the crystal dissolves at 900 0 C with alloy formation
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei man das Dotiermittel zur Charge in einem Gefäß mit Graphitin- nenschicht gibt und das Gefäß unter Ultravakuum möglichst nahe der Charge verschließt4. The method according to claim 3, wherein the dopant is added to the batch in a vessel with graphitin nenschicht and closes the vessel under ultra vacuum as close as possible to the batch
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei man das Gefäß im Temperaturgradienten des Ofens unter Drehen und Vibrieren verschiebt5. The method according to claim 3 or 4, wherein the vessel is moved in the temperature gradient of the furnace while rotating and vibrating
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei man bei Schritt (c) die Schmelze als Zone durch den Kristall verschiebt und dabei die Konzentration an Dotiermittel in der Zone dadurch konstant hält, daß man die Löslichkeitsgrenze des Dotiei mittels in der Tellur-Schmelze überschreitet, oder daß man einen Kristall einsetzt der mit dem gleichen Dotiermittel dotiert worden ist6. The method according to claim 1 or 2, wherein in step (c) the melt is displaced as a zone through the crystal while keeping the concentration of dopant in the zone constant in that one the solubility limit of the dopant means in the Tellurium melt exceeds, or that one uses a crystal with the same dopant has been endowed
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei man in einem Quarzgefäß mit Graphitinnenschicht unter Ul- travakuum zwischen 500 und 9000C bei einem Gradienten der Größenordnung von 180°/cm arbeitet.7. The method according to claim 6, wherein one works in a quartz vessel with a graphite inner layer under ultravacuum between 500 and 900 0 C with a gradient of the order of magnitude of 180 ° / cm.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens einer der Schritte (a) bis (c) in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein at least one of steps (a) to (c) in is carried out in an inert gas atmosphere.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dotierten Cadmiumtellurid-Einkristalls.The invention relates to a method for producing a doped cadmium telluride single crystal.
Zur Verwendung als Detektoren werden Einkristalle von reinen oder dotierten Halbleitern benötigt. Wenn der Halbleiter einen hohen spezifischen Widerstand haben muß, wie beispielsweise in Festkörper-Ionisations- kammern, ist es vorteilhaft, Halbleiter mit hohem Atomgewicht zu benutzen. Diese sind beispielsweise zum Nachweis von Gammastrahlen empfindlicher, da der wirksame Absorptionsquerschnitt für Gammastrahlen proportional dem Atomgewicht der den Detektor bildenden Verbindung ist. Zur Herstellung von Halbleitern mit hohem Atomgewicht muß man zwei Elemente mit hohem Atomgewicht kombinieren, deren Valenzelektronen in ihrer chemischen Verbindung zur Bildung eines Halbleiterkristalls führen. Besonders geeignet sind dafür Cadmium und Tellur. Beide kristallisieren im kubischen System. Die Zahl der Elektronen in der äußeren Schale 0 beträgt zwei für Cadmium und sechs für Tellur, also insgesamt acht für Cadmiumtellurid, was der stabilen äußeren Elektronenschale von Xenon entspricht Reines und vollkommenes Csdmiumtellurid mit einer genau gleichen Zahl von Cadmium- und Telluratomen, das keine Verunreinigungen und kein Dotierungsmittel enthält ist ein Halbleiter mit hohem spezifischen Widerstand, gelegentlich als »Semiisolator« bezeichnet Wenn das Tellur im Überschuß zum Cadmium vorhanden ist liegt ein Überschuß von Löchern und somit ein mit einem seiner Bestandteile »dotierter« Halbleiter vor, in diesem Fall ein p-Typ-Halbleiter. Wenn das Cadmium in geringem Überschuß vorhanden ist liegt dagegen ein n-Typ-Halbleiter vor.Single crystals of pure or doped semiconductors are required for use as detectors. if the semiconductor must have a high specific resistance, such as in solid-state ionization chambers, it is advantageous to use semiconductors with a high atomic weight. These are for example for Detection of gamma rays more sensitive, as the effective absorption cross-section for gamma rays is proportional to the atomic weight of the compound making up the detector. For the manufacture of semiconductors with a high atomic weight one has to combine two elements with a high atomic weight, the valence electrons of which lead to the formation of a semiconductor crystal in their chemical combination. Are particularly suitable instead cadmium and tellurium. Both crystallize in the cubic system. The number of electrons in the outer Shell 0 is two for cadmium and six for tellurium, so a total of eight for cadmium telluride, which corresponds to the stable outer electron shell of xenon Pure and perfect csdmium telluride with exactly the same number of cadmium and tellurium atoms, Contains no impurities or dopants is a high resistivity semiconductor, sometimes referred to as a "semi-insulator" Wenn if tellurium is present in excess to cadmium, there is an excess of holes and thus a semiconductor "doped" with one of its components, in in this case a p-type semiconductor. When the cadmium is in In contrast, if there is a slight excess, an n-type semiconductor is present.
Man kann auch einen Cadmiumtellurid-Kristall mit einem Elektronendonator oder -akzeptor dotieren, um einen p-Typ- oder n-Typ-Halbleiter zu erhalten, oder auch das Dotierungsmittel so dosieren, daß seine Konzentration dem Überschuß des einen der Bestandteile ausgleicht Im Fall eines Cadmiumtellurid-Halbleiters, der anfangs infolge Cadmiumüberschuß vom η-Typ ist, kann man beispielsweise Indium mit der Wertigkeit 1 zusetzen und so die beweglichen Elektronen abfangen und einen Halbleiter mit hohem spezifischem Widerstand herstellen. In den Festkörper-Ionisationskammern, wo ein Halbleitereinkristall in einem Sandwich zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, verwendet man einen Halbleiter mit hohem spezifischem Gewicht und hohem spezifischem Widerstand ohne Kristallfehler, so daß der Leckstrom nicht zu erheblich ist und sich unter dem Einfluß beispielsweise bestimmter Gammastrahlen Elektronen -Loch-Paare bilden, was zu einer Veränderung des Stroms zwischen den Elektroden führt vorausgesetzt daß der Halbleiter genügend gut ist daß das Elektron-Loch-Paar bei seiner Wanderung druch d«n Kristall nicht durch Rekombination zerstört wird. Die Schwierigkeit besteht darin, einen solchen Halbleiter mit geringen Verunreinigungen, einer genau eingehaltenen stöchiometrischen Zusammensetzung oder einer genau festgelegten Dotierung und mit einem Kristallgitter ohne Zwillingsbildungen und Störungen herzustellen. Wenn man sie einmal hergestellt hat, arbeiten derartige Detektoren bei Raumtemperatur, was gegenüber den gegenwärtig verwendeten, mit Lithium dotierten Germaniumdetektoren ein Vorteil ist, da diese bei tiefer Temperatur betrieben werden müssen und auch in sofern zwangsläufig weniger vorteilhaft als die Cadmiumtellurid-Detektoren sind, als der Einfangquerschnitt für Gammastrahlen beispielsweise proportional dem Atomgewicht des zum Nachweis verwendeten Halbleiters ist.One can also dop a cadmium telluride crystal with an electron donor or acceptor in order to To obtain a p-type or n-type semiconductor, or to dose the dopant so that its concentration corresponds to the excess of one of the constituents compensates In the case of a cadmium telluride semiconductor, which is initially of the η type due to excess cadmium, For example, you can add indium with a valence of 1 and thus intercept the mobile electrons and manufacture a high resistivity semiconductor. In the solid-state ionization chambers, where a semiconductor single crystal is in a sandwich is arranged between two electrodes, a semiconductor with a high specific weight is used and high resistivity with no crystal defects, so that the leakage current is not too great and is not For example, under the influence of certain gamma rays, electron-hole pairs form, resulting in a Changing the current between the electrodes leads, provided that the semiconductor is sufficiently good is that the electron-hole pair is not destroyed by recombination during its migration through the crystal will. The difficulty is to find such a semiconductor with low impurities, one precisely complied with stoichiometric composition or a precisely defined doping and with a To produce crystal lattices without twinning and interference. Once you've made them, detectors like this work at room temperature, what over the currently used, lithium-doped germanium detectors is an advantage, since this Must be operated at low temperature and also in so far inevitably less advantageous than the Cadmium telluride detectors are proportional, as the capture cross section for gamma rays, for example is the atomic weight of the semiconductor used for detection.
Zur Herstellung von Cadmiumtellurid-Kristallen beschreibt A. Libicky in H-Vi Semiconducting Compounds 1967 International Conference (1967), Seite 389-401 ein Verfahren, bei dem zunächst Cadmiumtellurid aus hochreinem Cadmium und hochreinem Tellur durch Schmelzen bei bis zu 1170°C in einer geschlossenen, mit pyrolytisch abgeschiedenem Graphit ausgekleideten Quarzampulle synthetisiert wird, worauf in einer zweiten Stufe der erhaltenen Barren von Cadmiumtellurid im geschlossenen Graphittiegel unter Vakuum geschmolzen und bei hoher Temperatur (bis zu I14O°C) durch Zonenschmelzen umkristallisiert wird. Die auf diese Weise hergestellten Barren von reinem Cadmium-A. Libicky in H-Vi Semiconducting describes compounds for the production of cadmium telluride crystals 1967 International Conference (1967), page 389-401 a process in which initially cadmium telluride from high-purity cadmium and high-purity tellurium by melting at up to 1170 ° C in a closed, with Pyrolytically deposited graphite-lined quartz ampoule is synthesized, whereupon in a second stage the obtained bars of cadmium telluride melted in a closed graphite crucible under vacuum and at high temperature (up to I14O ° C) is recrystallized by zone melting. The ingots of pure cadmium produced in this way
telluric! waren jedoch polykristallin.telluric! however, were polycrystalline.
Die Anwendung des Zonenschmelzen zum Zonenreinigen und Zonenausgieich von Cadmiumtellurid, das sich in einem Graphitschiffchen in einem geschlossenen Quarzgefäß befindet, das in einem gesonderten Bereich metallisches Cadmium bzw. Tellur enthält, in einem waagerechten Zweizonenofen wurde von D. De Nobel untersucht (kurz referiert in Wilke, Methoden der Kristallzüchtung, Verlag Harri Deutsch, Frankfurt 1963, Seite 359). Durch hohe Cd- bzw. Te-Drücke soll die Sublimation von CdTe vermieden werden. Die Züchtung von Einkristallen wird nicht beschrieben.The use of zone melting for zone cleaning and zone equalization of cadmium telluride, the is in a graphite boat in a closed quartz vessel, which is in a separate area contains metallic cadmium or tellurium, in a horizontal two-zone furnace by D. De Nobel investigated (briefly presented in Wilke, Methods of Crystal Growth, Verlag Harri Deutsch, Frankfurt 1963, page 359). Due to high Cd or Te pressures, the Sublimation of CdTe can be avoided. The growth of single crystals is not described.
Mit Bezug auf die erwähnte Arbeit von D. De Nobel beschreibt N. R. KyIe 5n J. Electrochem. Soc. (Solid State Science) Vol. 113. No. 11 (Nov. 1971), S. 1790 bis 1797 »Growth of Semi-Insulating Cadmium Telluride« ein modifiziertes Bridgman Verfahren zum Züchten von CdTe. Dabei wird wiederum die Zusammensetzung der Schmelze und damit der festen Phase durch Regelung des Drucks eines der Bestandteile des CdTe über der Schmelze eingestellt. Die Synthese und Vorreinigung des CdTe durch Sublimation erfolgt in einem senkrecht gehaltenen, innen mit Graphit beschichteten geschlossenen Quarzrohr unter Hochvakuum bzw. Wasserstoff. Die Einkristallzüchtung wurde hier in einem senkrechten Zweizonenofen wiederum, wie bei De Nobel, in einem Gefäß mit zwei Abteilungen bei kontrolliertem Ce- oder Te-druck durchgeführt Für die optimale Züchtung großer CdTe-Einkristalle wurde eine Reihe von Bedingungen, wie Temperaturgradient, Geschwindigkeit, Dampfdruck der Komponenten, Abschreckgeschwindigkeit angegeben, die offensichtlich alle genauestens eingehalten werden müssen, wenn dotierte CdTe-Einkristalle mit hohem spezifischem Widerstand erhalten werden sollen, was dennoch nicht immer gelang. Es kommt auch zur Ausfällung von Cd- bzw. Te-Kristallen im CdTe beim Abkühlen (Retro-Löslichkeit), was zum Vorschlag führt, die Einkristallzüchtung von stöchiometrischem CdTe aus der Dampfphase weiter zu untersuchen. With reference to the aforementioned work by D. De Nobel, N. R. KyIe describes 5n J. Electrochem. Soc. (Solid State Science) Vol. 113. No. 11 (Nov. 1971), pp. 1790-1797 "Growth of Semi-Insulating Cadmium Telluride" a modified Bridgman method for growing CdTe. In turn, the composition of the melt and thus the solid phase is regulated the pressure of one of the components of the CdTe set over the melt. The synthesis and pre-purification of the CdTe by sublimation takes place in a vertical held, internally coated with graphite closed Quartz tube under high vacuum or hydrogen. The single crystal was grown here in a vertical Two-zone oven, on the other hand, as with De Nobel, in a vessel with two compartments with a controlled temperature or Te printing carried out For the optimal growth of large CdTe single crystals, a number of conditions were such as temperature gradient, speed, vapor pressure of the components, quenching speed indicated, which obviously all must be strictly adhered to when doped CdTe single crystals should be obtained with a high specific resistance, which was not always successful. It also leads to the precipitation of Cd or Te crystals in the CdTe on cooling (retro-solubility), which leads to Proposal leads to further investigate the single crystal growth of stoichiometric CdTe from the vapor phase.
Angesichts der Schwierigkeiten des Zonenschmelzens schlägt die US-PS 34 94 730 ein einfaches Verfahren zur Herstellung von CdTe-PoIy- oder Einkristallen vor, wobei CdTe aus äquimolaren Mengen Cd und Te in Gegenwart von Cadmiumchlorid bei über 49O0C, z. B. 6500C. in einer flüssigen Phase erhalten wird, aus der beim Abkühlen zunächst ein Überschuß an CdTe als Einkristall auskristallisiert werden kann. Bei Unterschreiten der Eutektikumstemperatur kristallisiert ein Gemisch von polykristallinem Cadmiumtellurid und Cadmiumchlorid aus. Aus dem Gemisch wird nach Abkühlen das Cadmiumchlorid mit Wasser herausgelöst. Es wurden nach diesem Verfahren aber nur sehr kleine Einkristalle hergestellt.In view of the difficulties of zone melting, the US-PS 34 94 730 proposes a simple process for the production of CdTe-Poly or single crystals, wherein CdTe from equimolar amounts of Cd and Te in the presence of cadmium chloride at over 49O 0 C, z. B. 650 0 C. is obtained in a liquid phase, from which an excess of CdTe can initially be crystallized as a single crystal on cooling. If the temperature falls below the eutectic temperature, a mixture of polycrystalline cadmium telluride and cadmium chloride crystallizes out. After cooling, the cadmium chloride is dissolved out of the mixture with water. However, only very small single crystals were produced using this process.
Die Erfindung bezweckt nun ein Verfahren zur Herstellung eines dotierten Cadmiumteliurid-Einkristalls, dessen Dotierung genau geregelt ist, um entweder einen Halbleiter eines bestimmten Typs mit einem bestimmten spezifischen Widerstand herzustellen oder den Überschuß an einem der Bestandteile durch Einführung eines geeigneten Dotierungsmittels auszugleichen, um einen Kristall mit hohem spezifischem Widerstand zu erhalten. Besonders soll ein dotierter Cadmiumtellurid-Einkristall hergestellt werden, der als Strahlendetektor bei Raumtemperatur verwendet werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren soll einfacher durchführbar sein und bessere Produkte liefern als die bekannten Verfahren. The invention now aims at a method for producing a doped cadmium teliuride single crystal, whose doping is precisely regulated in order to either use a semiconductor of a certain type with a certain Establish specific resistance or the excess of one of the constituents by introduction of a suitable dopant to give a high resistivity crystal obtain. In particular, a doped cadmium telluride single crystal is to be produced as a radiation detector can be used at room temperature. The method according to the invention should be easier to carry out and deliver better products than the known processes.
Es wurde gefunden, daß die Herstellung eines Cadmiumteliurid-Einkristalls
mit den geforderten Eigenschaften, nämlich mit einem sehr geringen Anteil von Störungen
und wenig Mikro-Ausfällungen nur gelingt, wenn
die letzte Kristallisation, die zum Einkristall führt, bei
einer tiefen Temperatur erheblich unter der Schmelztemperatur des stöchiometrischen Gemisches Cadmium-Tellur
durchgeführt wird.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäBe Verfahren zur Herstellung eines dotierten
Cadmiumteliurid-Einkristalls, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Arbeitsgänge der Reinigung und Kristallisation
des Cadmiumtellurids werden beim erfindungsgemäßen Verfahren in einer logischen Folge durchgeführt, so daß
man ein Material mit hohem spezifischem Widerstand erhält, dessen Eigenschaften sowohl kristallographisch
als auch elektrisch besser als die der bisher praktisch herstellbaren Cadmiumtellurid-Einkristalle sind.It has been found that the production of a cadmium teliuride single crystal with the required properties, namely with a very low proportion of defects and few micro-precipitates, only succeeds if the last crystallization, which leads to the single crystal, is at a low temperature well below the melting temperature of the stoichiometric mixture cadmium-tellurium is carried out.
The object set is achieved by the method according to the invention for producing a doped cadmium teliuride single crystal which has the features specified in claim 1. Preferred embodiments are specified in the subclaims. The operations of purification and crystallization of the cadmium telluride are carried out in a logical sequence in the process according to the invention, so that a material with a high specific resistance is obtained, the properties of which are both crystallographically and electrically better than those of the cadmium telluride monocrystals which have hitherto been practically produced.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden also nacheinander drei Kristaüisations-Arbeitsgänge durchgeführt Zuerst in Stufe a) eine Grobsynthese aus den reinen Elementen Cadmium und Tellur, die zu einem noch unvollkommenen Cadmiumtelluridbarren führt In Stufe b) wird dieser Barren bei einer Temperatur ir der Nähe des Schmelzpunkts von Cadmiumtellurid umgeschmolzen, um einen Barren von reineren Polykristallen von Cadmiumtellurid zu erhalten, die jedoch noch zahlreiche Kristallisationsfehler und Verunreinigungen aufweisen. Dieser reinere Cadmiumtelluridbarren wird dann in Stufe c) aus einer Schmelze von dotiertem Tellur bei einer tiefen Temperatur nahe dein Schmelzpunkt von reinem Tellur umkristallisiert, wobei man den gewünschten Cadmiumtellurid-Einkristall ohne Verunreinigungen und mit einem sehr geringen Grad von Störstellen, Zwillingsbildung und Mikro-Ausfällungen erhält, der als Detektor für kerntechnische Zwecke geeignet ist.In the method according to the invention, three crystallization operations are carried out one after the other First in stage a) a coarse synthesis from the pure elements cadmium and tellurium, which become one still imperfect cadmium telluride bar leads In stage b) this bar is at a temperature ir the Near the melting point of cadmium telluride remelted to form an ingot of purer polycrystals from cadmium telluride, which, however, still have numerous crystallization errors and impurities. This purer cadmium telluride bar is then made from a melt of doped tellurium in stage c) recrystallized at a low temperature close to the melting point of pure tellurium, giving the desired Cadmium telluride single crystal without impurities and with a very low degree of imperfections, Twinning and micro-precipitates obtained, which is suitable as a detector for nuclear purposes is.
Die in Stufe a) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Grundstoffe Cadmium und Tellur werden zuvor getrennt gereinigt durch Filtrieren unter Wasserstoff zur Entfernung jeder Spur von Oxid, und anschließendes Zonenschmelzen. Die Synthese des Cadmiumtellurids aus etwa stöchiometrischen Anteilen von reinem Cadmium und reinem Tellur erfolgt in Stufe a) des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise in einem Reagenzglas aus Quarz ohne Gehalt von OH-Ionen, das eine Innenbeschichtung aus Graphit aufweist. Diese Beschichtung wird erhalten durch Kracken von Methan, Benzol oder einer anderen kohlenstoffreichen Substanz im Vakuum zwischen 1000 und 12000C. Nach dem Füllen wird das Reagenzglas im Ultravakuum verschlossen und in einen Kippofen eingeführt, so daß die Synthese in waagerechter Stellung und die anschließende Abkühlung der Schmelze in senkrechter Stellung erfolgen kann, wobei man die Abkühlung langsam einseitig gerichtet vom Boden des Reagenzglases her vornimmt. Der nach dem Abkühlen erhaltene Barren wird von seinem den Lunker enthaltenden oberen Teil befreit, dann abgebeizt und gespült, beispielsweise mit Brom-Alkohol. The basic materials cadmium and tellurium used in stage a) of the process according to the invention are previously cleaned separately by filtering under hydrogen to remove any trace of oxide, and then zone melting. The synthesis of cadmium telluride from approximately stoichiometric proportions of pure cadmium and pure tellurium takes place in stage a) of the method according to the invention, preferably in a test tube made of quartz without OH ions and having an inner coating made of graphite. This coating is obtained by cracking of methane, benzene or other carbon-rich substance in vacuo 1000-1200 0 C. After filling, the tube is sealed in an ultra vacuum and introduced into a tilting furnace, so that the synthesis in the horizontal position and the subsequent cooling the melt can take place in a vertical position, the cooling being carried out slowly in one direction from the bottom of the test tube. The bar obtained after cooling is freed from its upper part containing the cavity, then stripped and rinsed, for example with bromine alcohol.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung wird in Stufe a) eine Charge eingesetzt, derenIn a modified embodiment of the invention, a batch is used in step a) whose
Zusammensetzung einen geringen Überschuß an Tellur gegenüber der stöchiometrischen Zusammensetzung aufweist. Die Einstellung dieser Abweichung bestimmt die Wahl und notwendige Konzentration des Dotie-Composition a small excess of tellurium compared to the stoichiometric composition having. The setting of this deviation determines the choice and necessary concentration of the doping
rungsmittels.medium.
In Stufe b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Umkristallisation des in Stufe a) erhaltenen Festkörpers bei einer hohen Temperatur nahe dem Schmelzpunkt von Cadmiumtellurid in einem unter Ultravakuum verschlossenen Gefäß vorgenommen. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist dieses Gefäß ein Reagenzglas mit Graphitinnenschicht gleich dem in der ersten Stufe benutzter., das unter Ultravakuum so nahe wie möglich an dem festen Material verschlossen wird, nachdem man einen geringen Überschuß von zusätzlichen Tellur mit einem Gehalt an Dotierungsmitteln zugegeben hat, wenn das für die Kristallzüchtung in Stufe c) nach den im folgenden angegebenen Bedingungen notwendig istIn stage b) of the process according to the invention a recrystallization of the solid obtained in step a) at a high temperature close to Melting point of cadmium telluride made in a vessel sealed under ultravacuum. In one embodiment of the method, this is a vessel a test tube with a graphite inner layer similar to the one used in the first stage is sealed as close as possible to the solid material after adding a slight excess of additional tellurium containing dopants, if that is necessary for crystal growth in Stage c) is necessary according to the conditions given below
Wie aus der im folgenden erläuterten F i g. 1 ersichtlich, sind die Schwankungen bezüglich der stöchiometrischen Zusammensetzung, innerhalb deren das Tellur und Cadmium gemeinsam kristallisieren können, in der Größenordnung von 1017 Atomen/cm3 bei etwa 9000C. Dabei genügt jedoch ein solcher Oberschuß an einem der Bestandteile, um den spezifischen Widerstand genügend absinken zu lassen, daß die Verwendung eines solchen Kristalls in einer Festkörper-Ionisierungskammer nicht in Frage kommt. Diese Abstände der Konzentration bezüglich der stöchiometrischen Konzentration entsprechen jedoch der Größenordnung der Konzentration an Dotierungsmitteln, die man in das Kristallgitter einbauen kann, um den Oberschuß an einem der Bestandteile auszugleichen und auf einen höheren spezifischen Widerstand von mindestens 105 Ohm/cm zurückzukommen.As explained in the following FIG. 1, the fluctuations in the stoichiometric composition, within which the tellurium and cadmium can crystallize together, are of the order of 10 17 atoms / cm 3 at about 900 ° C. However, such an excess of one of the constituents is sufficient for the To allow the specific resistance to drop sufficiently that the use of such a crystal in a solid-state ionization chamber is out of the question. These differences in concentration with respect to the stoichiometric concentration, however, correspond to the order of magnitude of the concentration of dopants that can be built into the crystal lattice in order to compensate for the excess of one of the constituents and to come back to a higher specific resistance of at least 10 5 ohm / cm.
Man arbeitet im allgemeinen mit Überschuß an Tellur vor allem, da die Steigung der Liquiduskurve der F i g. 1, welche die Konzentration der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur angibt, auf der Seite des Tellurs steiler ist, als auf der Seite des Cadmiums und infolgedessen die Konzentrationen durch Einstellung der Temperatur besser geregelt werden können, und weil andererseits die Kenntnis des Überschusses der Konzentration an Tellur die Art des einzuführenden Dotierungsmittels vom η-Typ bestimmtOne generally works with an excess of tellurium, especially since the slope of the liquidus curve of FIG. 1, which indicates the concentration of the liquid as a function of the temperature, is steeper on the tellurium side than on the cadmium side and consequently the concentrations by adjusting the Temperature can be better controlled, and because, on the other hand, knowledge of the excess of the concentration of tellurium determines the nature of the η-type dopant to be introduced
Bei einer abgewandelten Ausführungsform wird die Kristallisation bei hoher Temperatur, & h. einer Temperatur nahe bei der Schmelztemperatur des Cadmiumtellurids in einem verschlossenen Reagenzglas aus Quarz mit Graphitbeschichtung durchgeführt und der Partialdruck eines Bestandteils durch Einstellung der Temperatur eines Teils des Reagenzglases geregelt, wo sich ein Tiegel befindet, der mindestens einen der Stoffe enthält, deren Partialdruck gehalten werden soll.In a modified embodiment, the crystallization is carried out at high temperature, & h. a temperature close to the melting temperature of the cadmium telluride in a sealed test tube made of quartz performed with graphite coating and the partial pressure of a component is regulated by adjusting the temperature of a part of the test tube where a Is located in a crucible that contains at least one of the substances whose partial pressure is to be maintained.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung wird in den im Reagenzglas enthaltenen Tiegel ein reiner Bestandteil, das Cadmium oder Tellur, eingefüllt und während der Kristallisation bei hoher Temperatur wird die Temperatur des Tiegels, die mit 7} bezeichnet ist, geringer als die Temperatur T\ der Schmelze gehalten.In a modified embodiment of the invention, a pure component, cadmium or tellurium, is poured into the crucible contained in the test tube, and during the crystallization at high temperature, the temperature of the crucible, which is denoted by 7}, is lower than the temperature T \ der Melt held.
Bei einer zweiten Abwandlung der Erfindung wird in den Tiegel außer dem einen der beiden Bestandteile Cadmium oder Tellur ein flüchtiges Dotierungsmittel gegeben. Um den Partialdruck des einen der Bestandteile des Gases oberhalb der Schmelze einzustellen, wird die Atomabsorption des Lichts gemessen und entsprechend dem Meßergebnis durch eine Regelvorrichtung bekannten Typs die Temperatur Ti so eingestellt, daß der Partialdruck im Gas auf dem gewünschten Wert bleibtIn a second modification of the invention, in addition to one of the two components cadmium or tellurium, a volatile dopant is added to the crucible. In order to set the partial pressure of one of the constituents of the gas above the melt, the atomic absorption of the light is measured and, in accordance with the measurement result, the temperature Ti is set by a known type of control device so that the partial pressure in the gas remains at the desired value
Gemäß einer weiteren Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die in den Tiegel gegebene Substanz in einem wenig flüchtigen amphoteren Lösungsmittel gelöst, dessen Einführung in den Kristall dessen elektrische Eigenschaften nicht verändert. In diesem Fall wird die Temperatur T2 des Tiegels während der Kristallisation gleich der der Schmelze gehalten, was die Ofenkonstruktion und Verfahrensführung vereinfacht. Der Partialdruck des Bestandteils / ist durch ίο die folgende Formel festgelegt:According to a further modification of the method according to the invention, the substance placed in the crucible is dissolved in a slightly volatile amphoteric solvent, the introduction of which into the crystal does not change its electrical properties. In this case, the temperature T 2 of the crucible during the crystallization is kept equal to that of the melt, which simplifies the furnace construction and process management. The partial pressure of the component / is determined by ίο the following formula:
D iy ν ν D iy ν ν
η « r, · Λί · Τι
worin η « r, · Λί · Τι
wherein
P1 Dampfdruck des reinen Bestandteils /bei der Temperatur Tu P 1 Vapor pressure of the pure component / at the temperature Tu
Xi der Molenbruch des Bestandteils /, Yi der thermodynamische Aktivitätskoeffizient des Bestandteils / bei der Temperatur Ti und der Konzentration Xi. Xi is the mole fraction of the component /, Yi is the thermodynamic activity coefficient of the component / at the temperature Ti and the concentration Xi.
Man verwendet beispielsweise binäre Legierungen von Cadmium mit Zinn, Indium, Gallium, Zink oder biFor example, binary alloys of cadmium with tin, indium, gallium, zinc or bi are used näre Legierungen von Tellur mit Zinn, Indium, Gallium und Zink, oder auch Cadmiumhalogenide.nary alloys of tellurium with tin, indium, gallium and zinc, or cadmium halides.
Bei allen Abwandlungen der Erfindung wird die Kristallisation bei hoher Temperatur durch relative Verschiebung des Reagenzglases und des Temperaturgra-In all modifications of the invention, the crystallization at high temperature by relative displacement of the test tube and the temperature gradient dienten des Ofens erreicht Das Reagenzglas kann mittels eines entsprechenden Antriebssystems dauernd oder kontinuierlich gedreht oder in Schwingung versetzt werden. Diese Methode der sogenannten »Normal« -Abkühlung in Richtung senkrecht zur Erstar-The test tube can be operated continuously by means of an appropriate drive system or rotated continuously or vibrated. This method of so-called "normal" cooling in the direction perpendicular to the solidification rungsfront führt zu einer Abscheidung der Verunreinigungen am oberen Ende des Barrens.tion front leads to a deposition of the impurities at the top of the bar.
Bei der letzten Kristallisation des oben beschriebenen Verfahrens wird der Kristall gelöst und anschließend als Einkristall bei tiefer Temperatur, d. h. einer TemperaturIn the last crystallization of the process described above, the crystal is dissolved and then as Single crystal at low temperature, d. H. a temperature in der Nähe des Schmelzpunktes des reinen Tellurs kristallisiertcrystallized near the melting point of pure tellurium
Bei einer ersten Abwandlung der Einkristallherstellung bei tiefer Temperatur, dem Verfahren mit »Erschöpfung einer Lösung«, wird der Barren mit einemIn the first modification of the production of single crystals at low temperature, the process with "exhaustion of a solution", the ingot is filled with a
sehr großen Überschuß Tellur in ein Reagenzglas aus Quarz eingeführt das gegebenenfalls mit Graphit beschichtet ist, wobei die relativen Konzentrationen von Cadmium und Tellur so gewählt sind, daß die Mischung im Bereich von etwa 9000C, was nahe beim Schmelzvery large excess of tellurium introduced into a test tube made of quartz which is optionally coated with graphite, the relative concentrations of cadmium and tellurium being chosen so that the mixture is in the range of about 900 ° C., which is close to melting punkt des reinen Tellurs liegt vollkommen flüssig ist Das Reagenzglas wird unter Ultravakuum oder unter dem Partialdruck eines neutralen oder reduzierenden Gases dicht verschlossen. Das Dotierungsmittel wird in die Charge gegeben, und die Kristallisation wird in eipoint of pure tellurium is completely liquid The test tube is placed under ultravacuum or under the partial pressure of a neutral or reducing Tightly sealed gas. The dopant is added to the batch and crystallization is started in egg nem senkrechten Ofen wie oben für die Kristallisation bei hoher Temperatur beschrieben, durchgeführt, nachdem das Reagenzglas so nahe wie möglich am Material verschlossen wurde. Der Unterschied ist, daß die Temperatur der Kristallisation in Gegenwart des Lösungs-in a vertical oven as above for crystallization Described at high temperature, carried out after the test tube as close as possible to the material was locked. The difference is that the temperature of crystallization in the presence of the solution mittels Tellur viel niedriger als diejenige ist die dem Cadmiumtellurid entspräche.by means of tellurium is much lower than that which would correspond to cadmium telluride.
Bei einer Abwandlung des Dotierungsverfahrens wird das Dotierungsmittel in einem im Reagenzglas aufgehängten Tiegel entweder rein oder gelöst in einemIn a modification of the doping method, the dopant is either pure or dissolved in a crucible suspended in a test tube amphoteren Lösungsmittel eingeführt und der Partialdruck des Dotierungsmittels wird wie im Fall der Kristallisation bei hoher Temperatur geregelt Bei einer zweiten Abwandlung der Einkristallherstel-amphoteric solvent is introduced and the partial pressure of the dopant is controlled as in the case of crystallization at high temperature In a second modification of the single crystal manufacturing
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lung bei tiefer Temperatur wird eine Zone des dotierten Zeichnungen. Hierin zeigttreatment at low temperature becomes a zone of the doped drawings. Herein shows
flüssigen Tellurs durch den ursprünglichen Kristall ver- Fig. 1 die Liquidus-Solidus-Kurven des Gemischesliquid tellurium through the original crystal shows the liquidus-solidus curves of the mixture
schoben, so daß die Löslichkeitsgrenze des Dotierungs- Cadmiuni-Tellur;pushed so that the solubility limit of the doping Cadmiuni-Tellurium;
mittels im Tellurlösungsmittel nicht überschritten wird. Fig.2 schematisch das Reagenzglas für die Kristalli-is not exceeded by means of the tellurium solvent. Fig. 2 schematically the test tube for the crystalline
hoher Temperatur mit dem gleichen Dotierungsmittel Fig.3 schcmatisch den Heiz.ring und das Reagenzdotiert wurde, um die Konzentration an letzterem in der glas, zur Kristallisation aus der Tellurschmelze bei tiefer Lösungsmittelzone nach Maßgabe von deren Fort- Temperatur dient;high temperature with the same dopant Fig.3 schcmasst the Heiz.ring and the reagent was doped to the concentration of the latter in the glass, for crystallization from the tellurium melt at deeper Solvent zone is used in accordance with its continued temperature;
schreiten konstant zu halten und zu erreichen, daß wenn Fig. 4 schematisch die Vorrichtung zur Kristallisa-step to keep constant and to achieve that if Fig. 4 shows schematically the device for crystallization
die Löslichkeitsgrenze des Dotierungsmittels in der Lö- io tion bei tiefer Temperatur unter Verwendung einesthe solubility limit of the dopant in the solution at low temperature using a
sungsmittelzone überschritten wird, wie das für Cadmi- schrägstehenden Reagenzglases, das kontinuierlich ge-solvent zone is exceeded, like the test tubes for cadmi- inclined, which are continuously
umchlorid in Tellur der Fall sein kann, die Konzentra- dreht wird.Umchlorid can be the case in tellurium, the concentration turns.
tion an Dotierungsmittel konstant bleibt, ohne daß man Wie oben angegeben besteht das erfindungsgemäße den von der Kristallisation bei hoher Temperatur korn- Verfahren darin, bei hoher Temperatur in der Nähe der menden Kristall, der in diesem Fall nicht dotiert gewählt is Schmelztemperatur der stöchiometrischen Mischung ist, vordotieren muß. Gemäß der Erfindung wird die Tellur-Cadmium Polykristalle von dotiertem Cadmium-Herstellung des Einkristalls in einem Quarzreagenzglas tellurid mit einer bestimmten stöchiometrischen Abweimit Graphitbeschichtung bei Ultravakuum durchge- chung herzustellen. Anschließend erfolgt eine Einkriführt, wobei die Temperatur im Reagenzglas zwischen Stallherstellung, welche Kristalle liefert, welche einen 500 und 9000C mit hohen Temperaturgradienten in der 20 sehr geringen Grad von Störstellen und wenig MikroGrößenordnung von 180°C/cm verändert wird. ausfällungen haben, was nicht der Fall ist für bei hoherAs stated above, the method according to the invention consists of the crystallization at high temperature grain method, at high temperature in the vicinity of the menden crystal, which in this case is not doped, is the melting temperature of the stoichiometric mixture , must pre-dop. According to the invention, the tellurium-cadmium polycrystals of doped cadmium are produced in an ultravacuum. Subsequently, a Einkriführt, wherein the temperature in the test tube between the stable production which crystals supplies which is / changed a 500 and 900 0 C and the high temperature gradients in the 20 very low level of impurities and little micro order of magnitude of 180 ° C cm. have precipitations, which is not the case with high
Erfindungsgemäß kann man statt im Vakuum oder Temperatur hergestellte Kristalle. Der spezifische Wi-Ultravakuum zu arbeiten mindestens eine der drei be- derstand der Kristalle wird durch Dotierung des Proschriebenen Kristallisationen in einer Inertgasatmo- dukts mit Halogenen, beispielsweise in Form von Cadsphäre vornehmen. 25 miumchlorid, -fluorid, -iodid, -bromid eingestellt, wobeiAccording to the invention, crystals produced in vacuo or in temperature can be used. The specific Wi-ultra vacuum to work at least one of the three resistances of the crystals is carried out by doping the program crystallizations in an inert gas atmosphere with halogens, for example in the form of cadsphere. 25 mium chloride, fluoride, iodide, bromide adjusted, whereby
in einer Anlage, die folgende Vorrichtungen aufweist: führt wird. Man kann auch Indium, Zinn usw. benutzen.in a system that has the following devices: is performed. You can also use indium, tin, etc.
— Vorrichtungen zum Reinigen des Cadmiums und quidus in Abhängigkeit von der Temperatur (Ordinate) Tellurs durch Zonenschmelzen; 30 und den relativen Konzentrationen von Tellur und Cad-- Devices for cleaning the cadmium and quidus as a function of the temperature (ordinate) Tellurium by zone melting; 30 and the relative concentrations of tellurium and cad-
— Vorrichtungen zum Filtrieren des Cadmiums und mium dargestellt, wobei die Konzentration des Tellurs Tellurs unter Wasserstoffatmosphäre; in der Abszisse von links 0 bis rechts 1 steigt. Die Liqui-- Devices for filtering the cadmium and mium shown, with the concentration of the tellurium Tellurium in a hydrogen atmosphere; increases in the abscissa from 0 on the left to 1 on the right. The Liqui-
— Gefäße, in denen das Gemisch von Cadmium und duskurve ist mit L und die Soliduskurve mit S bezeich-Tellur einer ersten Kristallisation unterworfen net Die sogenannte Kristallisation bei hoher Temperawird; 35 tür erfolgt bei einer Temperatur nahe beim Punkt A, - Vessels in which the mixture of cadmium and dus curve is denoted by L and the solidus curve by S. Tellurium is subjected to a first crystallization. The so-called crystallization at high temperature is; 35 door takes place at a temperature close to point A,
—- einen Kippofen zur Durchführung der Synthese in welcher der Schmelztemperatur des (stöchiometrischen waagerechter Stellung und der Abkühlung in senk- Gemisches) Cadmiumtellurids entspricht Wenn man rechter Stellung; von einem Punkt B ausgeht, welcher der Temperatur Ta a tilting furnace to carry out the synthesis in which the melting temperature of the (stoichiometric horizontal position and the cooling in the vertical mixture) corresponds to cadmium telluride. starts from a point B , which is the temperature Ta
— öfen zur Durchführung der Kristallisationen bei entspricht, liegt die Konzentration des kristallisierenden hoher und tiefer Temperatur; 40 Feststoffes beim Punkt Cder Soliduskurve S, wofür sich- Furnaces for carrying out the crystallizations at corresponds to the concentration of the crystallizing high and low temperature; 40 solid at point C of the solidus curve S, for which
— Reagenzgläser, welche Tiegel enthalten, in die man die Konzentration D aus der Figur ergibt Die Einkridie Bestandteile geben kann, deren Dampfpartial- Stallherstellung bei tiefer Temperatur erfolgt an einem druck konstant gehalten werden soll; Punkt E, der einer hohen Konzentration an Tellur ent-- Test tubes which contain crucibles in which the concentration D is obtained from the figure The Einkridie components can be given, the vapor partial stable production takes place at low temperature and should be kept constant at a pressure; Point E, which is the result of a high concentration of tellurium
— Vorrichtungen zum Messen der Atomabsorption spricht Die Konzentration des durch Kristallisation bei des Lichts in der Gasphase oberhalb der Schmelze; 45 dieser Temperatur erhaltenen festen Produkts liegt in- Devices for measuring the atomic absorption speaks the concentration of the crystallization at of the light in the gas phase above the melt; 45 solid product obtained at this temperature lies in
— Vorrichtungen zur Steuerung der Temperatur Ti - Devices for controlling the temperature Ti der Figur beim Punkt F.the figure at point F.
nach Maßgabe der Konzentration der Gasphase Der »Bauch« der Soliduskurve ist in dieser nicht maß-according to the concentration of the gas phase The "belly" of the solidus curve is not measured in this
am gewünschten Bestandteil; stäblichen Figur übertrieben. Der Abstand zur stöchio-on the desired component; mortal figure exaggerated. The distance to the stoichio-
— Vorrichtungen zur Durchführung der Einkristall- metrischen Zusammensetzung der festen Mischung herstellung durch Verschiebung einer Zone des Lö- 50 übersteigt niemals etwa 1017 Atome/cm3, sungsmittels, welche ihrerseits aufweisen: In F i g. 2 ist links das Reagenzglas 2 gezeigt, in dem einen Öfen mit einem Heizring, der eine Erhitzung die Kristallisation bei höher Temperatur durühgciuhri des Reagenzglases, in dem die Kristallisation er- wird und das mit einer Geschwindigkeit V in Richtung folgt über einen geringen Teil seiner Höhe ermög- des Pfeils nach unten bewegt wird. Die Temperatur des licht; 55 Ofens in Abhängigkeit von der Ordinate ist in der Kurve mechanische Vorrichtungen, um das Reagenzglas 4 dargestellt, und zwar die Veränderungen der Tempesenkrecht zu halten und um eine senkrechte Achse ratur als Ordinate in Abhängigkeit von Ort x. Der Ofen kontinuierlich zu drehen. besitzt drei Temperaturzonen, wobei die Temperatur im- Devices for carrying out the single crystal metric composition of the solid mixture production by shifting a zone of the solvent 50 never exceeds about 10 17 atoms / cm 3 , which in turn have: In Fig. 2, the test tube 2 is shown on the left, in which an oven with a heating ring, which heats the crystallization at a higher temperature durühgciuhri the test tube in which the crystallization takes place and which follows at a speed V in the direction over a small part of its height enabling arrow is moved downwards. The temperature of the light; 55 furnace as a function of the ordinate is shown in the curve mechanical devices to the test tube 4, namely to keep the changes in Tempes perpendicular and around a vertical axis ratur as the ordinate as a function of location x. The furnace to rotate continuously. has three temperature zones, with the temperature im
Bereich 6 einer Temperatur über der Schmelztempera-Für eine Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- 60 tür der stöchiometrischen Mischung Cadmiumtellurid fahrens benutzt man eine Anordnung von Ofen-Rea- und die Temperatur T2 im Bereich 8 einer geringeren genzglas, die gekippt werden kann, um die Berührung Temperatur entspricht, die zur Einstellung des Partial-Flüssigkeit-Barren zu erhalten und Gasblasen zwischen druckes eines der Bestandteile, der sich im Tiegel 10 im der Flüssigkeit, der Reagenzglaswand und dem Barren Reagenzglas befindet, dient Die Temperatur T3 im Bezur Seite auszutreiben, so daß durch diese Vorrichtung 65 reich 12, dem das Reagenzglas zugeführt wird, liegt uneine gleichmäßigere Kristallisation erreicht wird. ter Schmelztemperatur. Die Flüssigkeit 9 kristallisiertArea 6 of a temperature above the melting temperature - For carrying out the inventive method of driving the stoichiometric mixture of cadmium telluride, an arrangement of furnace test and the temperature T 2 in area 8 of a lower limit glass, which can be tilted around the, are used Touch corresponds to temperature that is used to maintain the partial liquid bar and gas bubbles between the pressure of one of the components, which is located in the crucible 10 in the liquid, the test tube wall and the bar test tube, the temperature T 3 in the Bezur side to drive out, so that through this device 65 is rich 12 to which the test tube is fed, a more uniform crystallization is achieved. ter melting temperature. The liquid 9 crystallizes
ISIS
Kristallisation bei tiefer Temperatur erfolgt Dieses Reagenzglas wird mit der Geschwindigkeit V nach unten bewegt und ist von einem Heizring 13 umgeben, der Temperaturgradienten erzeugt, deren Werte in der Kurve 14 als Veränderungen der Temperatur in Abhängigkeit vom Ort χ angegeben sind. Beim Absenken des Reagenzglases, d. h. beim Durchgang durch den Heizring durchläuft den Kristall eine Zone von flüssigem dotiertem Tellur 16, und der bei 18 gelöste Kristall kristallisiert wieder bei 19, wobei die erste Kristallisation von einem Keim 20 ausgehtCrystallization takes place at low temperature. This test tube is moved downwards at speed V and is surrounded by a heating ring 13 which generates temperature gradients, the values of which are given in curve 14 as changes in temperature as a function of location χ . When the test tube is lowered, ie when it passes through the heating ring, the crystal passes through a zone of liquid doped tellurium 16, and the crystal dissolved at 18 crystallizes again at 19, the first crystallization starting from a nucleus 20
Bei einer in F i g. 4 gezeigten Abwandlung des Verfahrens wird das Reagenzglas in Richtung des Pfeils V verschoben und in Richtung des Pfeils 22 kontinuierlich gedreht Das Rohmaterial 23 durchläuft die im Bereich des Heizringes 26 liegende Zone von flüssigem dotierten Tellur 24 und kristallisiert wieder bei 28 unter Bildung des fertigen Einkristalls.In the case of one shown in FIG. 4, the test tube is displaced in the direction of arrow V and continuously rotated in the direction of arrow 22. The raw material 23 passes through the zone of liquid doped tellurium 24 in the area of the heating ring 26 and crystallizes again at 28 to form the finished single crystal.
Zur Herstellung von Cadmiumtellurid werden Stäbe von Tellur und Cadmium von je 1500 g und 500 mm Länge zunächst durch Zonenschmelzen gereinigt Dazu werden sie in Wasserstoffatmosphäre in Reagenzgläser aus Quarz gebracht und in einen Ofen gesetzt Zum Zwecke der Reinigung erfolgt das Zonenschmelzen in zwölf Durchgängen mit 25 mm/Std. Die gereinigten Metalle werden anschließend zur Synthese mit einem geringen Überschuß an Tellur in ein waagerecht gehaltenes Reagenzglas gebracht Man steigert die Temperatur mit nur 12° C pro Stunde, damit die sehr exotherme Bildungsreaktion nicht ganz plötzlich verläuft Man hält dann die Temperatur zwei Stunden lang bei 1200° C und bringt anschließend das Reagenzglas in senkrechte Stellung und kühlt innerhalb von 12 Stunden, wobei die Kühlung am Boden des Reagenzglases beginnt und der verwendete Ofen beispielsweise ein Ofen mit Heizringen istFor the production of cadmium telluride rods of tellurium and cadmium of 1500 g and 500 mm each are used Length first cleaned by zone melting To do this, they are placed in test tubes in a hydrogen atmosphere Brought out of quartz and placed in a furnace. For the purpose of cleaning, the zone melting takes place in twelve passes at 25 mm / hour. The purified metals are then used for synthesis with a A small excess of tellurium is placed in a horizontally held test tube. The temperature is increased at only 12 ° C. per hour, so that the very exothermic The formation reaction does not proceed suddenly. The temperature is then kept at 1200 ° C. for two hours then brings the test tube into an upright position and cools within 12 hours, whereby the Cooling begins at the bottom of the test tube and the oven used is, for example, an oven with heating rings
Während der zweiten Stufe, d. h der Kristallisation bei hoher Temperatur, gibt man einen geringen Überschuß an Tellur in das die zuvor erhaltene Legierung enthaltende Reagenzglas und steigert die Temperatur des Reagenzglases auf 11500C, um den Barren zu schmelzen. Das das geschmolzene Material enthaltende Reagenzglas wird anschließend nach unten verschoben, wo eine Temperatur von 10900C herrscht, um die Kristallisation zu bewirken. Die Absenkgeschwindigkeit beträgt 5 mm/Std.During the second stage, i.e. After crystallization at a high temperature, a small excess of tellurium is added to the test tube containing the alloy previously obtained and the temperature of the test tube is increased to 1150 ° C. in order to melt the ingot. The test tube containing the molten material is then shifted downwards, where a temperature of 1090 ° C. prevails, in order to bring about the crystallization. The lowering speed is 5 mm / hour.
In der dritten Stufe, d h. der Kristallisation bei tiefer Temperatur, wird der Barren in ein Reagenzglas aus Quarz gegeben, in das zuvor 60 g Tellur mit einem Gehalt an 700 ppm Cadtniumchlorid eingefüllt wurden. Das Reagenzglas wird langsam mit einer Geschwindigkeit von 03 mm/Std. nach unten verschoben, wobei es mit einer Umdrehung pro Minute um sich selbst gedreht wird. Bei dieser Temperatur und Absenkgeschwindigkeit liegt die Temperatur der Fest-Flüssig-Grenzflächen bei 660° C Man erhält nach dieser Mehtode einen Barren von Cadmiumtellurid, das mit etwa 3 ppm Cadmiumchlorid dotiert istIn the third stage, i.e. the crystallization at deeper Temperature, the bar is placed in a quartz test tube into which 60 g of tellurium with a content of 700 ppm of cadtnium chloride have been previously filled. That Test tube is slowly moved at a speed of 03 mm / hour. moved down, taking it with one revolution per minute is rotated around itself. The temperature of the solid-liquid interfaces lies at this temperature and lowering rate at 660 ° C. This method gives an ingot of cadmium telluride doped with about 3 ppm of cadmium chloride
Man stellt den ersten Barren wie in Beispiel 1 her. Die es Kristallisation der Legierung bei hoher Temperatur erfolgt in einem Reagenzglas, das in seinem oberen Teil mit einem Tiegel versehen ist, der reines Tellur und etwaThe first bar is produced as in Example 1. The it Crystallization of the alloy at high temperature takes place in a test tube, which is in its upper part is provided with a crucible, the pure tellurium and about 300 ppm Cadmiumchlorid enthält. Man erhitzt den unteren Teil des Ofens auf 1150°C und senkt dann das Reagenzglas ab. Bei 10000C kristallisiert das mit 3 ppm Cadmiumchlorid dotierte Cadmiumtellurid. Die Temperatur des oberen Teils des Reagenzglases, wo sich der Tiegel befindet, muß bei etwa 900X bleiben. Die Kristallisation bei tiefer Temperatur erfolgt wie im Beispiel 1, wobei man jedoch die 60 g mit 700 ppm Cadmiumchlorid dotiertes Tellur durch 60 g mit nur 200 ppm Cadmiumchlorid dotiertes Tellur ersetzt. Der erhaltene Einkristall ist ähnlich wie der im Beispiel 1 erhaltene.Contains 300 ppm cadmium chloride. The lower part of the oven is heated to 1150 ° C. and the test tube is then lowered. At 1000 ° C., the cadmium telluride doped with 3 ppm cadmium chloride crystallizes. The temperature of the top of the test tube where the crucible is located must remain at about 900X. Crystallization at low temperature takes place as in Example 1, but replacing the 60 g of tellurium doped with 700 ppm cadmium chloride with 60 g of tellurium doped with only 200 ppm cadmium chloride. The obtained single crystal is similar to that obtained in Example 1.
Abgesehen von den Festkörper-Ionisationskammern finden Einkristalle von Cadmiumtellurid noch zahlreiche andere Anwendungen wovon beispielsweise erwähnt seien: Detektoren tür Kernstrahlen oder Infrarot, elektro-optische Modulatoren, infrarotdurchlässige Fenster, aktive Bauelemente, wie Dioden oder Photodioden, Hochtemperaturoptokoppler, bipolare Transistoren, Feldeffekttransistoren, Junktion-Transistoren und solche mit isolierter Torelektrode, Thyristoren, Diacs, Triacs und Laser und Elektroluminiszenzzellen.Apart from the solid-state ionization chambers, single crystals of cadmium telluride find numerous other applications, of which we can mention, for example: detectors for nuclear rays or infrared, electro-optical modulators, infrared-permeable windows, active components such as diodes or photodiodes, high-temperature optocouplers, bipolar transistors, field-effect transistors, junction transistors and those with insulated gate electrodes, thyristors, diacs, triacs and lasers and electroluminescent cells.
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