JPH08104600A - テルル化カドミウム単結晶の製造方法およびこれに用いられる鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡便な方法で、複雑な育成装置を用いること
なく容易に高抵抗の単結晶がバラツキなく得られるテル
ル化カドミウム単結晶の製造方法およびこれに用いられ
る鋳型を提供する。 【構成】 上部に開口部分を有するアンプル内に化学量
論比の原料を送入すると共に、上下方向に貫通した縦細
長の所定形状の中空部分を有し、黒鉛または石英製の複
数の割り型から形成される鋳型を該アンプル内に装入
し、次いで該アンプル内を真空排気した後、上記開口部
分を封止して真空となし、ブリッジマン法または温度勾
配凝固法によって単結晶を育成することを特徴とするテ
ルル化カドミウム単結晶の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はテルル化カドミウム単結
晶の製造方法およびこれに用いられる鋳型に関し、特に
放射線検出器用に用いられる高抵抗のテルル化カドミウ
ム単結晶の簡便、かつ安定な製造方法およびこれに用い
られる鋳型に関する。

【０００２】

【従来の技術】テルル化カドミウムは放射線検出用の半
導体検出器材料として注目されている。

【０００３】従来、テルル化カドミウム結晶の育成法と
しては、次の方法がある。すなわち、石英アンプル中に
カドミウム、テルルを化学量論比で混合あるいはテルル
化カドミウム多結晶を真空封入し、これを溶融後アンプ
ルを温度勾配中で移動して固化させるブリッジマン法
（ＶＢ）、開管系で高圧中、原料を溶融固化させる高圧
ブリッジマン法（ＶＥ）、アンプル位置を固定し温度分
布のみを変化させる温度勾配凝固法（ＴＧＦ）、テルル
化カドミウム融液表面を酸化ホウ素等の不揮発性物質で
覆い、カドミウムの揮発を抑制して単結晶を引き上げる
液体封止チョクラルスキー法、テルルを溶剤として用い
多結晶原料と接触させながらテルル化カドミウム単結晶
を得るＴＨＭ法等である。

【０００４】しかしながら、アンプル中に原料を封入し
融液固化するブリジッマン法（ＶＢ）、温度勾配凝固法
（ＴＧＦ）では、アンプルの径方向に温度差が生じ、固
液界面が凹になるため結晶粒界が外部に抜けにくく、単
結晶になりにくい。また高温ではカドミウムの蒸気圧が
テルルのそれに比較して１０倍程度大きいので、アンプ
ル中の上部の空間に融液表面からカドミウムが優先的に
蒸発し、さらに融液内には対流が発生しているので、得
られる単結晶の組成を決定する融液全体の組成が化学量
論比からカドミウムの少ない側にずれたものとなる。

【０００５】一方、ＴＨＭ法では成長速度が小さく極め
て長い育成時間を要するため、工業的量産には不向きで
ある。またテルルを溶剤として使用するため常に化学量
論比からテルルの多い側にずれた組成となる。

【０００６】このように、いずれの育成法も化学量論比
からずれた組成となるため、得られる結晶は低抵抗とな
り、放射線検出器の用途に要求される特性を満足しな
い。この点を回避するため予めカドミウムの蒸気圧を付
加しておく方法やカドミウムを過剰に添加する方法が報
告されているが、いずれも工程や装置が複雑となり、工
業的量産に有利とはいえない。

【０００７】また、他元素を添加する方法も行われてお
り、例えば塩素の場合、テルル過剰の組成となっても塩
素がカドミウムの欠陥を補償することにより、結果とし
て高抵抗の単結晶が得られる。他には、セレン等を加え
エネルギーギャップを広げることにより高抵抗を得る方
法もある。通常の化学量論比組成の原料から得られた単
結晶における比抵抗は高々１０⁴Ω・ｃｍと低く、カド
ミウムの蒸発分を予め考慮し補償する育成法や他元素を
添加する手法を用いた場合には１０⁹〜１０¹⁰Ω・ｃｍ
のものが得られている。

【０００８】しかしながら、複雑な形状をしたアンプル
や多段階の温度分布をもつ炉を必要としたり、操作手順
が煩雑となり、結果としてコスト高になる。さらに、通
常広く用いられている育成坩堝やアンプルでは、径方向
の寸法が極めて大きく、径方向に温度差が生じてしま
う。このため固液界面が凹になり、多結晶となり易い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これら従来
技術の課題を解消し、簡便な方法で、複雑な育成装置を
用いることなく容易に高抵抗の単結晶がバラツキなく得
られるテルル化カドミウム単結晶の製造方法およびこれ
に用いられる鋳型を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は特定
の鋳型を用いることによって達成される。

【００１１】すなわち、本発明は、上部に開口部分を有
するアンプル内に化学量論比の原料を送入すると共に、
上下方向に貫通した縦細長の所定形状の中空部分を有
し、黒鉛または石英製の複数の割り型から形成される鋳
型を該アンプル内に装入し、次いで該アンプル内を真空
排気した後、上記開口部分を封止して真空となし、ブリ
ッジマン法または温度勾配凝固法によって単結晶を育成
することを特徴とするテルル化カドミウム単結晶の製造
方法にある。

【００１２】本発明では、上下方向に貫通した縦細長の
所定形状の中空部分を有し、黒鉛または石英製の複数の
割り型から形成される単結晶製造用鋳型を用いる。この
鋳型は、図１（ａ）〜（ｃ）に示されるような凹部
（溝）を有する割り型１ａから形成される。この割り型
１ａは石英または高純度の黒鉛製であり、東海興商製グ
ラッシカーボンで表面をコートしたもの等が好適に用い
られる。また、この割り型の凹部（溝）が鋳型の中空部
分となる。

【００１３】この鋳型の形状はアンプル内に好適に装入
される形状であることが必要である。また、上下方向に
貫通して設けられた縦細長の中空部分は、必要形状のテ
ルル化カドミウム単結晶を得るための所定形状とする。
石英製の鋳型は予め必要厚さのカーボンを表面にコート
してもよい。これは、結晶の鋳型へのぬれを防ぎ、単結
晶育成後に単結晶を鋳型から取り出すのを容易にするた
めである。

【００１４】次に、図２（ａ）〜（ｂ）に示されるよう
に、上部に開口部分を有するアンプル２内に化学量論比
の原料３を送入すると共に、上記した鋳型１を該アンプ
ル２内に装入する。アンプルは石英製のものが好ましく
用いられる。

【００１５】化学量論比の原料としてはカドミウム、テ
ルルを混合して用いるが、あるいはテルル化カドミウム
多結晶を用いる。この際に、塩素やセレンを加えてもよ
い。

【００１６】次いで、図３に示されるように、アンプル
２内を真空排気した後、図４に示されるように、アンプ
ル２の開口部を封止してアンプル内を真空とする。

【００１７】そして、このようにして得られたアンプル
を用いて垂直または水平ブリッジマン法や温度勾配凝固
法によって鋳型の中空部分にテルル化カドミウム単結晶
を育成する。このような本発明の製造方法では、鋳型の
中空部分に形状に沿った結晶性のよい単結晶が成長して
おり、それらの比抵抗は１０⁸〜１０¹⁰Ω・ｃｍと極め
て高い値である。

【００１８】

【作用】このような本発明でもアンプル上部空間へのカ
ドミウムの蒸発は従来と同様避けられない。ただ鋳型の
中の縦細長の中空部分ではアンプルの径方向に温度差が
なく融液の対流が抑制されるため、カドミウムが蒸発し
た組成の融液は鋳型外上部の上記カドミウム蒸気接触部
分近傍だけに限られる。すなわち、カドミウムの蒸発か
ら隔離された鋳型内の融液では、内部の熱拡散現象のみ
がカドミウムの輸送に関与することになるので、融液全
体での物質の輸送が行われず、カドミウムの少ない融液
表面近傍領域を除く下部にある残りの融液は化学量論比
に保たれる。このため単結晶の組成も化学量論比とな
り、高抵抗の単結晶を得ることができる。但し、前述の
ように、アンプル上部の空間はカドミウムの蒸気で満た
されるため、空間と接する融液表面の組成は従来の方法
と同様にカドミウムは少なくなる。

【００１９】また、本発明では単結晶の成長が鋳型中の
小さな縦細長の中空部分で行われるので、径方向の温度
分布の影響は無視できるため、平坦な固液界面で成長し
単結晶が得やすい。

【００２０】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明する。

【００２１】実施例１ 幅８ｍｍが１本、４ｍｍが１本、２ｍｍが２本、深さが
２ｍｍの溝（鋳型の中空部分となる）を持ち、断面の中
心角が６０°の扇形となっている３種類の高純度カーボ
ン製割り型を２個づつ６個組み合わせ鋳型を作成した。
組み合わせ後は直径３０ｍｍ、高さが４０ｍｍの円柱と
なった。直径が３０ｍｍよりわずかに大きい石英アンプ
ルの底部にテルル化カドミウム多結晶原料を送入し、そ
の上にこの組み合わせた鋳型をセットした。さらにその
上にテルル化カドミウム多結晶原料を送入した。挿填し
た多結晶の総重量は１２０ｇである。その後、真空排
気、真空封入した。

【００２２】このアンプルを炉にセットし、１１００℃
まで加熱し原料を融解した後に、１時間に１℃の割合の
冷却による温度勾配凝固法でテルル化カドミウム単結晶
を育成した。育成されたテルル化カドミウム単結晶の比
抵抗は２×１０⁹Ω・ｃｍであった。

【００２３】実施例２ 断面が半月状で２個組み合わせると円柱となる石英製の
半円柱の側平面部に幅８ｍｍ、深さ１ｍｍの溝２本をつ
けた割り型を準備した。この割り型２個を平面部を対向
させ、８ｍｍ×２ｍｍの中空部分が２箇所あり、直径が
３０ｍｍの円柱となる鋳型を作成した。円柱の高さは４
０ｍｍである。この鋳型表面にカーボンをコートし組み
合わせた後、直径が３０ｍｍよりわずかに大きい石英ア
ンプルの底部にテルル・セレン化カドミウム多結晶原料
を送入し、その上にこの組み合わせた鋳型をセットし
た。さらにその上にテルル・セレン化カドミウム多結晶
原料を送入した。挿填した多結晶の総重量は１１０ｇで
ある。その後、真空排気、真空封入した。

【００２４】このアンプルを炉にセットし、アンプル底
部の温度がテルル化カドミウムの融点１０９２℃になる
ように加熱融解後、１時間に０．７ｍｍの引き下げ速度
のブリッジマン法でテルル化カドミウム単結晶を育成し
た。育成されたテルル化カドミウム単結晶の比抵抗は８
×１０⁸Ω・ｃｍであった。

【００２５】実施例３ カーボンコートをしない石英製鋳型を用い、テルル化カ
ドミウム多結晶を原料として用いた以外は実施例２と同
様にしてテルル化カドミウム単結晶を育成した。この場
合はテルル化カドミウム単結晶が鋳型から容易に剥がせ
るように鋳型表面を清浄にしておく必要がある。この場
合のテルル化カドミウム単結晶の比抵抗は４×１０⁹Ω
・ｃｍであった。

【００２６】

【発明の効果】本発明によって、アンプルの径方向の融
液の温度差をなくし、融液の対流を抑えることにより簡
便な装置で複雑な操作を行わずにバラツキのない良質の
高抵抗テルル化カドミウム単結晶を安定に得ることがで
きる。

【００２７】本発明の製造方法では径方向の温度分布が
無視できることから、現在大きな単結晶の育成が困難な
他のII−VI化合物の育成にも応用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に用いられる割り型の一例を斜視図。

【図２】 アンプル内に化学量論比の原料を送入すると
共に、鋳型を装入した状態を示す断面図。

【図３】 アンプル内を真空脱気した状態を示す断面
図。

【図４】 アンプル内を真空封止した状態を示す断面
図。

【符号の説明】

１ａ：割り型、１：鋳型、２：アンプル、３：原料。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部に開口部分を有するアンプル内に化
   学量論比の原料を送入すると共に、上下方向に貫通した
   縦細長の所定形状の中空部分を有し、黒鉛または石英製
   の複数の割り型から形成される鋳型を該アンプル内に装
   入し、次いで該アンプル内を真空排気した後、上記開口
   部分を封止して真空となし、ブリッジマン法または温度
   勾配凝固法によって単結晶を育成することを特徴とする
   テルル化カドミウム単結晶の製造方法。
2. 【請求項２】 上下方向に貫通した縦細長の所定形状の
   中空部分を有し、黒鉛または石英製の複数の割り型から
   形成され、アンプル内に装入される単結晶製造用鋳型。