DE3124634C2 - - Google Patents
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- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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- C01B19/007—Tellurides or selenides of metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von
Scheiben eines homogenen Einkristall-Cadmium-Quecksilber-Tellurids,
wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.
Cadmium-Quecksilber-Tellurid, das im folgenden als CMT bezeichnet
wird, ist eine pseudobinäre Verbindung mit Zusammensetzungen,
welche durch die allgemeine Formel (CdxHg1-x)yTe1-y darstellbar
ist, worin x Werte zwischen 0 und 1 und y Werte zwischen 0,49 und
0,51 hat. Homogene Einkristalle von CMT können nach mehreren
Methoden hergestellt werden. Zur Korrektur von Fehlern, wie
Leerstellen oder Dislokationen in dem Kristallgitter und zur
Eliminierung von Gradienten der Zusammensetzung sowie zur
Bewirkung von Umwandlungen vom p-n-Typ wird dieses CMT-
Einkristallmaterial gewöhnlich einer Wärmebehandlung oder einem
Temperverfahren in Anwesenheit von Quecksilber und manchmal in
Anwesenheit von Quecksilber und einem oder mehreren der anderen
CMT-Elementbausteine unterzogen.
Nach der US-PS 34 68 363 werden Gußstücke von CMT bei 300°C
hergestellt und eine Stunde unter einem partiellen
Quecksilberdampfdruck von 150 mm getempert. Über die Hg-Quelle
wird keine Aussage gemacht. Nach der US-PS 35 14 347 wird CMT
einer thermischen Behandlung
zur Erzielung eines Materials vom n-Typ oder zur
Erzielung einer Umwandlung vom p-n-Typ unterzogen. Die Wärmebehandlungen
werden bei speziellen Temperaturen und
niedrigen Quecksilberdrücken durchgeführt. Dabei soll
die Quelle für den Quecksilberdampf in einer
Zone liegen, die kühler als das CMT ist, so daß ein
Temperaturgradient vorliegt.
Nach der US-PS 37 23 190 wird CMT unter
Quecksilberdampf getempert, der erhalten wird aus einer
Quelle von überschüssigem Quecksilber, während ein Temperaturgradient
zwischen dem CMT und der Quecksilberquelle aufrechterhalten
wird. Der Quecksilberdruck überschreitet
die dargestellte "Intrinsiklinie". Entsprechend der US-PS
37 25 135 werden epitaxiale Schichten
von CMT einer isothermen Wärmebehandlung bei 300°C und
einem Quecksilberdruck von zugesetztem Quecksilber von
115 mm unterzogen. Über die Natur und die Temperatur der
Quecksilberquelle wird keine Aussage gemacht, und die Temperatur
der isothermen Wärmebehandlung kann daher nur die
Temperatur der epitaxialen CMT-Schicht betreffen.
Gemäß der US-PS 39 54 518 wird CMT bei einer
Temperatur unter der Solidustemperatur getempert, während
ein Dampfdruck der Bestandteile unter dem äquivalenten
Dampfdruck der Bestandteile von CMT aufrechterhalten wird.
Der Quecksilberdruck wird durch Steuerung der Quecksilbertemperatur
unter die Temperatur des CMT niedrig gehalten.
Auf diese Weise wird ein Temperaturgradient angewendet. Nach
der US-PS 39 63 540 wird CMT-Material
hergestellt und anschließend bei einer Temperatur nahe bei,
jedoch unter der Solidustemperatur in Anwesenheit überschüssiger
Bestandteile getempert, was einen Überschuß an
Quecksilberdampf allein oder einen Überschuß an Quecksilber-,
Cadmium- und Tellurdämpfen, in Kombination, ergibt.
Nach der US-PS 39 79 232 wird CMT
isotherm in Anwesenheit von überschüssigem Quecksilberdampf
und Cadmiumdampf aus einer Quelle von überschüssigem Quecksilber
und einer Quelle von überschüssigem Cadmium getempert,
während eine Tellurdampfquelle auch vorhanden sein kann.
Entsprechend der US-PS 40 28 145
und dem in der Zeitschrift Kristall und Technik 13 (7), 1978 S. 817-821
beschriebenen Verfahren
wird CMT
isotherm in Anwesenheit von überschüssigem Cadmiumdampf
getempert.
In der zuletzt genannten Veröffentlichung wird das isotherme Tempern
im ungesättigten Quecksilberdampf als nachteilig gegenüber dem Arbeiten
im gesättigten Dampf beschrieben.
Nach der US-PS 41 16 725
wird CMT in Anwesenheit von überschüssigem Quecksilber und
Tellur unter Anwendung eines Temperaturgradienten zwischen
dem CMT und dem Quecksilber und Tellur getempert.
Es werden also im Stand der Technik zwei grundlegende Methoden zur
Wärmebehandlung von CMT in Anwesenheit von einem oder mehreren
Bestandteilen des CMT beschrieben. Die erste Methode
umfaßt allgemein die Wärmebehandlung von CMT unter Anwendung
einer Differentialtemperatur oder eines Temperaturgradienten,
wodurch CMT bei einer Temperatur und die
Quelle(n) von zugesetztem Bestandteil bzw. zugesetzten Bestandteilen
bei einer zweiten Temperatur vorliegen. Der
Dampfdruck bzw. die Dampfdrücke des Bestandteils bzw. der
Bestandteile ist bzw. sind gewöhnlich niedriger
als der Sättigungsdruck des Bestandteils bzw. der Bestandteile
bei der CMT-Temperatur. Die zweite Methode umfaßt
allgemein die Wärmebehandlung von CMT unter isothermen Bedingungen
und bei einem Bestandteildruck gleich dem Sättigungsdruck
bei der isothermen Temperatur. Diese beiden
Methoden erfordern eine überschüssige Menge an Bestandteil(en), die jederzeit während der Wärmebehandlung vorhanden
ist; dieser Überschuß bzw. diese Überschüsse sind als
Flüssigkeit(en) oder Feststoff(e) getrennt von dem zu behandelnden
CMT vorhanden.
Einige Angaben im Stand der Technik sind jedoch
unzureichend, um die genaue Natur der angewendeten Temperbehandlung
zu bestimmen. Beispielsweise wird in einigen
Fällen angegeben, daß das Tempern mit Scheiben
bei eine definierten Temperatur und unter einem Quecksilberdampfdruck
unter dem Quecksilbersättigungsdruck durchgeführt
wird, jedoch wird die Temperatur der Quecksilberquelle
nicht erwähnt. So muß in diesen Fällen, um der Gibbs-
Phasenregel zu genügen, überschüssiges Quecksilber bei einer
Temperatur vorhanden sein, die von der angegebenen Temperatur
unterschiedlich ist, d. h. es wird ein Temperaturgradient
angewendet. Im Gegensatz hierzu ist in solchen Fällen, wo
das Tempern isotherm in Anwesenheit eines Überschusses an
Bestandteil(en) durchgeführt wird, zu folgern, daß der Dampfdruck
bzw. die Dampfdrücke des Bestandteils bzw. der Bestandteile
gleich dem Sättigungsdampfdruck des Bestandteils
bzw. der Bestandteile bei der Tempertemperatur sind. Der
Hauptnachteil der bekannten Verfahren, bei denen ein Überschuß
an Elementbestandteil(en) und insbesondere ein Überschuß
an Quecksilber während der Wärmebehandlung vorhanden
ist, ist das Abfangen bzw. Herausspülen von
CMT-Elementbestandteilen
durch überschüssiges Quecksilber
durch Auflösen der Bestandteile
aus den CMT-Scheiben über die Gasphase in
den oder Ausfällung auf den Überschuß des zugesetzten Elementbestandteils,
insbesondere Quecksilber.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Wärmebehandlung oder
das Tempern von CMT vorteilhafterweise in einem isothermen System
durchgeführt wird, indem der Partialdampfdruck
von zugesetztem Quecksilber unter dem Sättigungsdampfdruck
des Quecksilbers bei der Tempertemperatur gehalten wird.
Dabei stellt man fest, daß durch isothermes Tempern
von CMT Einkristallmaterial in einem geeigneten Behälter,
der bei einer gleichmäßigen Tempertemperatur im Bereich von
300 K bis zur Solidustemperatur von CMT gehalten wird, in
Anwesenheit von Quecksilber in gasförmiger Form nur bei der
Tempertemperatur ein Abfangen bzw. Herauslösen verringert und die Umwandlung
vom p-n-Typ verbessert ist, was zu besseren optoelektrischen
Charakteristika führt.
Aufgabe der Erfindung ist daher zunächst die Bereitstellung eines
Verfahrens zur Wärmebehandlung von CMT-Einkristallmaterial
zur Verbesserung der Modifikation der Charakteristika vom
p-Typ, der p-n-Typ-Umwandlung, der Kristallperfektion und
der optoelektrischen Charakteristika. Eine weitere Aufgabe der
Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Wärmebehandlung
von CMT-Einkristallmaterial, das
gleichmäßigere reproduzierbare, optoelektrische Charakteristika
ergibt, als dies bisher möglich war.
Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Verfahren
werden die vorerwähnten (Teil-)Aufgaben durch die Kombination der
im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
CMT-Material mit den durch die allgemeine Formel
(CdxHg1-x)yTe1-y dargestellten Zusammensetzungen, worin x
Werte zwischen 0 und 1, normalerweise von etwa
0,14 bis 0,60, und y Werte im Bereich von etwa 0,49 bis
0,51 hat, kann in Form von homogenen Einkristallen hergestellt
werden aus Ausgangsmaterialien elektronischer Qualität,
unter Anwendung einer Anzahl bekannter bzw. üblicher
Techniken. Gußmaterialien bzw. -blöcke aus CMT-Einkristall
werden zu Scheiben geschnitten, die einer
Wärmebehandlung unterzogen werden, um Zusammensetzungsgradienten
zu korrigieren, Leerstellen oder Dislokationen
in dem Kristallgitter zu entfernen und den p-Typ zu modifizieren
oder zwischen p-Typ- und n-Typ-Material umzuwandeln.
Die Wärmebehandlung wird durch Tempern bzw. Glühen von
Scheiben bei einer konstanten Temperatur
während eines Zeitraums in Anwesenheit von Quecksilber in
ausreichender Menge durchgeführt zur Erzielung eines Dampfdrucks
von Quecksilber, der unter dem Sättigungsdampfdruck
des Quecksilbers bei der Tempertemperatur liegt.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Es werden Scheiben
von homogenem Einkristall-CMT sorgfältig gereinigt
und in einen geeigneten Behälter
(Glasampulle)
eingebracht, zusammen mit einer vorbestimmten
Quecksilbermenge. Bei der Beschickung der Ampulle
ist es vorteilhaft, die Scheiben in ein Ende und das Quecksilber
getrennt von den Scheiben in das entgegengesetzte
Ende der Ampulle einzufüllen, um eine vorzeitige Wechselwirkung
zu vermeiden. Nach dem Einbringen der Scheiben und
des Quecksilbers in die Ampulle wird die Ampulle evakuiert,
verschlossen und in einem Temperofen erwärmt, der isotherm
bei der gewünschten, konstanten, gleichmäßigen Tempertemperatur
gehalten wird. Die Ampulle wird in dem Ofen unter isothermen
Bedingungen während eines ausreichenden Zeitraums
zur Erzielung des gewünschten Tempergrads gehalten. Nach Beendigung
der Temperperiode wird die Ampulle aus dem Ofen
entnommen, gekühlt und die getemperten Scheiben werden
der Ampulle entnommen.
Die vorbestimmte Quecksilbermenge wird aus dem freien Raum
in der Ampulle berechnet (d. h. das Volumen der Ampulle minus
dem Volumen, das von den CMT-Scheiben, den Scheibenhalterungen
und jeglichem zusätzlichem, zu verbrauchendem Quellenmaterial
eingenommen wird) sowie aus der Tempertemperatur und
dem gewünschten Quecksilberdampfdruck. Die Menge wird derart
bestimmt, daß der Dampfdruck des verflüchtigten Quecksilbers
weniger als der Sättigungsdampfdruck des Quecksilbers bei
der Tempertemperatur ist. Der Dampfdruck des Quecksilbers
wird im Bereich vom 0,30- bis 0,99fachen des
Sättigungsdampfdrucks von Quecksilber bei der Tempertemperatur gehalten.
Werden beispielsweise 10 mg Quecksilber für eine vorgegebene
Größe der Ampulle zur Erzielung des Sättigungsdampfdrucks
des Quecksilbers bei der Tempertemperatur benötigt, so würden
9 mg beschickt werden zur Erzielung einer 90%igen Sättigung,
was innerhalb des gewünschten Bereichs liegt. Es sei
erwähnt, daß die zur Erzielung der gewünschten Verringerung
der Metall-Leerstellenkonzentration erforderliche
Quecksilbermenge typischerweise das 10-3- bis 10-5fache der
Quecksilbermenge beträgt, die der Ampulle zugesetzt wird, um
die gewünschte partielle Sättigung zu erzielen. Dies stellt
eine vernachlässigbare Änderung des Sättigungsdampfdrucks
durch Absorption dar.
Das Tempern wird isotherm bei einer konstanten Temperatur
durchgeführt, die im Bereich von etwa 300 K bis zu einer
Temperatur, direkt unter der Solidustemperatur des CMT, liegt.
Die angewandte isotherme Tempertemperatur hängt von der
Zusammensetzung des CMT ab, d. h. dem Wert von x, und dem
gewünschten Endprodukt. Für x-Werte im Bereich von 0,14 bis
0,60 wird die Tempertemperatur isotherm im Bereich von etwa
300 bis 700 K und bevorzugt bei etwa 520 K gehalten.
Die Ampulle wird bei der gewünschten isothermen Tempertemperatur
während eines Zeitraums gehalten, der ausreicht, um
eine wesentliche Gleichgewichtszurückbildung (Re-Äquilibrierung) der gewünschten Elemente
in den Scheiben durch Diffusion zu bewirken.
Typischerweise sollte die Zeit ausreichen, um mindestens 50%
des Scheibenvolumens zu re-äquilibrieren, was bis zu
5000 Stunden erfordert. Falls gewünscht, wird nur die Oberfläche
der Scheiben getempert, was nur 1 Stunde
erfordern kann. So liegt die Temperzeit im Bereich von etwa
1 bis 5000 Stunden, typischerweise im Bereich von etwa 50
bis 2000 Stunden und vorzugsweise im Bereich von etwa 700
bis 900 Stunden.
Das Tempern in Anwesenheit von zugesetztem
Quecksilber wird in
Anwesenheit von mindestens einer sich verbrauchenden Materialquelle
durchgeführt, die ein Abfangen von CMT-Elementbestandteilen aus
den Oberflächen der zu behandelnden CMT-Scheiben durch Sättigung
der Gasphase bezüglich Cd und Te verringern kann.
Geeignete, sich verbrauchende Materialquellen sind Cadmium und
Tellur in elementarer Form, Amalgame von Cadmium und
Tellur und Verbindungen,
wie Quecksilbertellurid, Cadmiumtellurid und Cadmiumquecksilbertellurid.
Die sich verbrauchende Materialquelle kann in
Form eines Abschnitzels oder eines Pulvers zugesetzt werden
bei der Beschickung der Ampulle und wird vorzugsweise zusammen
mit dem Quecksilber in das Ende der Ampulle eingebracht,
das dem Ende entgegengesetzt ist, in das die Scheiben eingebracht
werden. Bei der Anwendung der Verbindungen Quecksilbertellurid,
Cadmiumtellurid und Cadmiumquecksilbertellurid
als sich verbrauchende Materialquelle werden diese Verbindungen
vorzugsweise in feinverteilter Form zugesetzt, beispielsweise
als ein Pulver mit einer großen spezifischen wirksamen
Oberfläche. Der Beitrag der CMT-Bestandteilelemente
zu den Partialdampfdrücken in der Ampulle von dem Element
oder den Elementen der sich verbrauchenden Materialquelle bei der
Tempertemperatur, bezogen auf den Beitrag von den Bestandteilelementen
der CMT-Scheiben, ist, grob gesehen, proportional
zu der wirksamen Oberfläche des pulverisierten Materials
bzw. der Scheiben. Wenn Quecksilber in der sich verbrauchenden
Materialquelle vorhanden ist, muß der Beitrag des Quecksilberdampfdrucks
der sich verbrauchenden Materialquelle zu dem gewünschten
Gesamtquecksilberdampfdruck in der Ampulle bei
der Tempertemperatur in Betracht gezogen werden, wenn die
als Element zuzusetzende Quecksilbermenge berechnet wird, um
Quecksilber in gasförmiger Form nur bei einem Quecksilberdampfdruck
unter dem Sättigungsdruck des Quecksilbers bei
der Tempertemperatur zu erhalten.
Bei Beendigung des Temperns wird die Ampulle aus dem Ofen
entnommen und auf Raumtemperatur gekühlt. Nach dem Kühlen
werden die getemperten Scheiben aus der Ampulle entfernt.
Es sollte darauf geachtet werden, daß kein Dampf des ursprünglich
zugesetzten Quecksilbers und jeglicher sich verbrauchender
Materialquelle, falls vorhanden, an den Scheiben kondensiert.
Gewöhnlich bewirkt ein Kühlen der Ampulle in Umgebungsbedingungen,
d. h. bei Raumtemperatur, ein Kondensieren
des Dampfes an der Wandung der Ampulle. Falls gewünscht,
kann die Ampulle teilweise aus dem Ofen entnommen werden,
so daß der Teil der Ampulle, der die Scheiben enthält, in
dem Ofen während einiger Minuten zurückgehalten wird, was zu
einer Kondensation der Dämpfe am kühleren Ende der Ampulle,
entfernt von den Scheiben, führt. Das kondensierte Quecksilber
kann getrennt von den Scheiben gehalten werden durch
eine geeignete Einengung des Ampullendurchmessers nahe dem
Ende der Ampulle, das zuerst gekühlt werden soll.
Das Verfahren zum Tempern von CMT, wie es vorstehend beschrieben
wurde, weist mehrere Vorteile auf. Es
führt zu einer wesentlich gleichmäßigeren reproduzierbaren
Qualität von CMT-Scheiben. Das Metall-Nichtmetall-Gleichgewicht
in dem CMT wird eingestellt, was zu einer Verringerung
ursprünglicher Defektakzeptoren führt. Dadurch, daß
das vorhandene Quecksilber völlig in der Gasform während
des Temperns vorliegt, wird ein Verlust der Bestandteilelemente
aus den CMT-Scheiben drastisch verringert. Die
optoelektrischen Charakteristika werden verbessert und die
Trägermobilität wird vergrößert. Ferner werden die freie Trägerkonzentration
und der spezifische Widerstand verringert.
Die isothermen Bedingungen in der Ampulle führen zu einer
gleichmäßigen Scheibentemperatur und zu einer leichten Verfahrenssteuerung.
Die Verringerung des Abfangens bzw. Herausspaltens und die
leichtere Temperatursteuerung ermöglichen es, große Ampullen
(die bis zu 60 Scheiben aufnehmen können) zu verwenden, was
seinerseits die Wirtschaftlichkeit und die Ergebnisse
bei der Herstellung von getemperten Scheiben mit
gleichmäßigeren optoelektrischen Charakteristika begünstigt.
Beispielsweise können CMT-Scheiben mit X = 0,2 mit einer
freien Trägerkonzentration von 3×10¹⁴/cm³ gleichbleibend
erzeugt werden. Das Tempern in Anwesenheit von einer sich
verbrauchenden Materialquelle kann zu einer weiteren Verringerung
des Abbaus der Scheibenoberfläche aufgrund Verringerung des
Abfangens aus den CMT-Scheiben führen.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung
der Erfindung.
Dieses Beispiel veranschaulicht das Abfangen bzw. Herausspülen von Bestandteilelementen
von CMT durch überschüssig zugesetztes Quecksilber,
das während der Wärmebehandlung von CMT-Scheiben
in einem System vorhanden ist, bei dem ein Temperaturgradient
aufrechterhalten wird. Es wurde eine große Anzahl von
Untersuchungen durchgeführt, bei denen drei Reihen von
CMT-Scheiben einer Wärmebehandlung in evakuierten, verschlossenen
Ampullen unterzogen wurden in Anwesenheit von
(a) 100 mg Quecksilber, (b) 100 mg Quecksilber und 100 mg
Tellur und (c) 100 mg Quecksilber, 100 mg Tellur und 100 mg
pulverisiertem CMT. Die Scheiben wurden bei 250°C gehalten
und das zugesetzte Material wurde bei 245°C während 10 Wochen
gehalten. Nach Beendigung der Temperperiode wurden die
Ampullen gekühlt und geöffnet und überschüssiges Quecksilber
wurde auf Cadmium und Tellur analysiert. Die Analysenergebnisse,
die die Bereiche von Cadmium und Tellur in dem
zugesetzten Quecksilber zeigen, sind in Tabelle I aufgeführt.
Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, daß der zugesetzte
Quecksilberüberschuß wesentliche Mengen an Cadmium und
Tellur aufnahm. Die Anwesenheit von zusätzlichem Tellur und
pulverisiertem CMT wirkte sich wenig auf die niedrigeren
Werte in den Bereichen der Ergebnisse der Reihen a, b und c
als Ergebnis der Überlappung aus, sondern dehnten die Bereiche
auf wesentlich höhere Niveaus aus.
In der Untersuchungsreihe a stellen die Mengen an Cadmium
und Tellur in dem überschüssigen Quecksilber direkte Verluste
an Cadmium und Tellur aus den Scheiben dar. Für eine
typische Beschickung von 15 Scheiben stellt ein Verlust
der Scheiben von 3 µg Cd und 30 µg Te 1,6×10¹⁶ bzw.
1,5×10¹⁷ Träger/cm³ dar.
Dieses Beispiel veranschaulicht, daß die Menge an Cadmium
und Tellur in zugesetztem Quecksilber wesentlich verringert
wird, wenn CMT-Scheiben in einem isothermen System in der
Anwesenheit einer sehr geringen Menge an zugesetztem Quecksilber
getempert werden, das einen Quecksilberdampfdruck
während des Temperzeitraums von weniger als seinem Sättigungsdampfdruck
bei der Tempertemperatur ergibt.
CMT-Scheiben und 2 µg Hg wurden in die entgegengesetzten
Seiten jeweils mehrerer Ampullen gefüllt. Die Ampullen wurden
evakuiert, dicht verschlossen und in einen Ofen mit
konstanter Temperatur eingebracht. Die Ampullen wurden in
dem Ofen während 10 Wochen bei einer konstanten, gleichmäßigen
Temperatur von 250°C gehalten. Der Quecksilberdampfdruck
während der Wärmebehandlung wurde als 40% des Sättigungsdampfdrucks
berechnet. Bei Beendigung des Temperns
wurden die Ampullen aus dem Ofen entnommen und gekühlt.
Quecksilber kondensierte an den Ampullenwandungen und wurde
analysiert. Das kondensierte Quecksilber für jede Ampulle
wies einen Gehalt von 0,06 µg Cd und 0,6 µg Te auf. Diese
Mengen an Cadmium und Tellur stellen 2,5×10¹⁴ bzw.
2,3×10¹⁵ Träger/cm³ dar für eine typische Ampullenbeschickung
von 20 Scheiben. Es sei festgestellt, daß diese
Mengen an Cadmium und Tellur, obwohl sie aus den Scheiben
entwickelt wurden, nicht aus der Gasphase während des Temperns
entfernt werden, sondern nur beim Kühlen, wenn das
Tempern vollständig ist.
Dieses Beispiel veranschaulicht die Verbesserungen der
Charakteristika von CMT, die erzielt werden können, wenn
CMT nach dem erfindungsgemäßen Verfahren getempert wird, im
Vergleich mit den Charakteristika von CMT, getempert in
einem System, in dem ein Quecksilberüberschuß vorliegt.
Dieses Beispiel veranschaulicht auch, daß die Charakteristika
von CMT, das bei einem Temperaturgradienten in Anwesenheit
von überschüssigem, zugesetztem Quecksilber getempert wurde,
wesentlich verbessert werden können durch erneutes Tempern
dieses CMT isotherm nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Ein Gußblock von Einkristall-CMT (X=0,205) wurde zu Scheiben
geschnitten. Zwei Scheiben wurden in eine Ampulle A eingefüllt
und einer isothermen Wärmebehandlung nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren unterzogen. Die Behandlung wurde
durch Tempern der Scheiben bei 250°C während 840 h in Anwesenheit
von lediglich Quecksilberdampf,
also in Abwesenheit einer der im Anspruch 1 unter c) genannten Substanzen,
und bei einem Dampfdruck
gleich 90% des Wertes des Sättigungsdampfdrucks des
Quecksilbers bei 250°C durchgeführt.
Eine Gruppe von neun Scheiben wurde in eine Ampulle B eingefüllt
und bei einem Temperaturgradienten während 840 h
in Anwesenheit von zugesetztem, überschüssigem Quecksilber
getempert. Die Scheiben wurden bei 250°C gehalten und überschüssiges
Quecksilber bei 240°C. Eine dritte Gruppe von
zwölf Scheiben wurde in der Ampulle C in einem anderen Ofen
getempert unter Anwendung der gleichen Bedingungen, wie
sie für die Ampulle B angewendet wurden.
Bei Beendigung der Wärmebehandlung wurden die Scheiben aus
den Ampullen entnommen und der spezifische Widerstand, die
Mobilität und die freie Trägerkonzentration wurden bei 77 K
bestimmt.
Vier getemperte Scheiben aus jeder der Ampullen B und C
wurden anschließend erneut in der Ampulle D unter isothermen
Bedingungen bei 250°C während 336 h getempert in
Anwesenheit von lediglich Quecksilberdampf bei einem Dampfdruck
gleich 90% des Wertes des Sättigungsdampfdrucks
von Quecksilber bei 250°C. Bei Beendigung der Wärmebehandlung
wurden der spezifische Widerstand, die Mobilität
und die freie Trägerkonzentration erneut bestimmt.
Die Testergebnisse sind in Tabelle II aufgeführt.
Aus den in Tabelle II angegebenen Daten ist ersichtlich, daß
weite Variationen im Bereich der Charakteristika von Scheiben
der Ampullen B und C auftreten, nicht nur innerhalb der
getemperten Scheiben in der gleichen Ampulle, sondern auch
zwischen den Scheibengruppen, die in den zwei Ampullen getempert
wurden; die Ergebnisse sind ungleichmäßig und nicht
reproduzierbar. Die Daten zeigen auch, daß Scheiben in den
Ampullen B und C, die am weitesten von der Quelle an überschüssigem
Quecksilber entfernt sind (Scheiben mit den
höheren Nummern; vergl. Spalte 1 der Tabelle II), schlechtere
Charakteristika haben, d. h. einen höheren spezifischen
Widerstand und eine geringere Mobilität als die näher dem
überschüssigen Quecksilber.
Die erneut getemperten Scheiben der Ampulle D besitzen wesentlich
gleichmäßigere Charakteristika, die in allen Fällen
besser sind als die ihrer Vorläufer aus den Ampullen B und
C. Die Charakteristika der isotherm erneut getemperten Scheiben
der Ampulle D sind wesentlich verbessert im Vergleich
mit den Charakteristika der Scheiben der Ampullen B und C,
sind gleichmäßiger und vergleichbarer den Charakteristika
der Scheiben der Ampulle A. Die sehr ähnlichen Charakteristika
der Scheiben aus den Ampullen A und D zeigen auch,
daß das isotherme Tempern in Anwesenheit von Quecksilberdampf
allein bei weniger als dem Sättigungsdruck reproduzierbare
Ergebnisse ergibt.
Schließlich können die Charakteristika von Scheiben, die
in Anwesenheit eines Überschusses an zugesetztem Quecksilber
getempert wurden, wiedergewonnen werden durch ein isothermes
Tempern in Anwesenheit von Quecksilberdampf allein bei
weniger als dem Sättigungsdruck der Tempertemperatur.
Es versteht sich, daß im Rahmen der vorstehend gezeigten
Lehre Modifizierungen durchgeführt werden können, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Claims (5)
1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Scheiben eines homogenen
Einkristall-Cadmium-Quecksilber-Tellurids, gemäß der Formel
(CdxHg1-x)yTe1-y, worin x Werte zwischen 0 und 1 hat und y
Werte im Bereich von 0,49 bis 0,51 hat in einer Ampulle,
wobei man in die Ampulle eine vorbestimmte Menge an
Quecksilber einbringt, hiernach die Ampulle evakuiert und
dicht verschließt, sie dann auf eine konstante,
gleichmäßige Temperatur im Bereich von 300 K bis zu einer
Temperatur nahe bei, jedoch unter der Solidustemperatur der
Cadmium-Quecksilber-Tellurid-Scheiben erwärmt, wobei weiter
die vorbestimmte Menge an Quecksilber derart ist, daß nur
der Dampf der vorbestimmten Menge an Quecksilber in der
Ampulle bei der konstanten, gleichmäßigen Temperatur
vorhanden ist und der Dampfdruck des Quecksilbers weniger als
der Sättigungsdampfdruck des Quecksilbers bei der konstanten,
gleichmäßigen Temperatur ist, gekennzeichnet durch die
Kombination folgender Maßnahmen:
- a) die konstante, gleichmäßige Temperatur wird während eines Zeitraums von 1-5000 Stunden beibehalten;
- b) es wird eine solche Menge an Quecksilber in die Ampulle eingefüllt, daß bei der betreffenden Temperatur der Dampfdruck des Quecksilbers das 0,30- bis 0,99fache des Sättigungsdampfdruckes des Quecksilbers beträgt;
- c) während der Wärmebehandlung ist zusätzlich noch mindestens eine der folgenden Substanzen vorhanden: Cadmium, Tellur, Amalgame von Cadmium und von Tellur, Quecksilbertellurid, Cadmiumtellurid, Cadmium-Quecksilber-Tellurid.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß x
Werte im Bereich von 0,14 bis 0,60 hat.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
man bei einer konstanten Temperatur im Bereich von 300 bis
700 K arbeitet.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Temperatur während eines Zeitraums
von 50 bis 2000 Stunden beibehalten wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Dampfdruck des Quecksilbers zwischen
dem 0,30- bis 0,99fachen des Sättigungsdampfdrucks des
Quecksilbers liegt, die konstante Temperatur im Bereich von
520 K gehalten und diese Temperatur während eines Zeitraums
von 700 bis 900 Stunden beibehalten wird.
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3124634A1 DE3124634A1 (de) | 1982-05-06 |
DE3124634C2 true DE3124634C2 (de) | 1993-03-11 |
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Family Applications (1)
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