DE3124634C2

DE3124634C2 -

Info

Publication number: DE3124634C2
Application number: DE3124634A
Authority: DE
Inventors: William F.H. Rossland British Columbia Ca Micklethwaite
Original assignee: Teck Metals Ltd
Current assignee: Teck Metals Ltd
Priority date: 1980-07-18
Filing date: 1981-06-23
Publication date: 1993-03-11
Also published as: JPS5751200A; FR2486970A1; DE3124634A1; GB2080270B; JPH0235720B2; FR2486970B1; GB2080270A; CA1168560A; US4374684A

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 (Cd_xHg_1-x)_yTe_1-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 (Cd_xHg_1-x)_yTe_1-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.

Beispiel 1

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.

Tabelle I

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.

Beispiel 2

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.

Beispiel 3

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.

Tabelle II

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

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Scheiben eines homogenen Einkristall-Cadmium-Quecksilber-Tellurids, gemäß der Formel (Cd_xHg_1-x)_yTe_1-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.