Claims (23)
1. Способ выращивания кристаллов Cd1-xZnxTe, где 0≤x≤1, под высоким давлением инертного газа, отличающийся тем, что, с целью получения макро- и микрооднородных малодислокационных кристаллов Cd1-xZnxTe, где 0≤x≤1 диаметром до 100-150 мм, рост кристаллов CZT осуществляется методом выращивания в условиях осевого теплового потока вблизи фронта кристаллизации (ОТФ метод).1. A method of growing crystals of Cd 1-x Zn x Te, where 0≤x≤1, under high pressure inert gas, characterized in that, in order to obtain macro-and micro-uniform low-dislocation crystals Cd 1-x Zn x Te, where 0 ≤x≤1 with a diameter of up to 100-150 mm, CZT crystals are grown by growing under axial heat flow conditions near the crystallization front (OTP method).
2. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью получения плоской формы фронта кристаллизации и удешевления производства, вместо погруженного в расплав нагревателя (ОТФ нагреватель) используется погруженная в расплав перегородка из высокотеплопроводного материала (например из графита) с размещенными внутри термодатчиками (в том числе термопарами).2. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to obtain a flat shape of the crystallization front and to reduce the cost of production, instead of a heater immersed in the melt (OTP heater), a partition immersed in the melt of highly heat-conducting material (for example, graphite) with inside thermal sensors (including thermocouples).
3. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью удешевления производства, кожух ОТФ нагревателя и тигель 1 изготавливаются из особо чистого графита, в том числе используются составные тигли.3. The method of growing according to claim 1, characterized in that, in order to reduce the cost of production, the casing of the OTP heater and the crucible 1 are made of highly pure graphite, including composite crucibles.
4. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения количества примесей, кожух ОТФ нагревателя и тигель изготавливаются из нитрида бора.4. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to reduce the amount of impurities, the casing of the OTP heater and the crucible are made of boron nitride.
5. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью более точного управления формой фронта кристаллизации, вдоль всего сечения кристалла используется многосекционный ОТФ нагреватель с раздельным управлением секциями или с заранее подобранным распределением мощностей.5. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to more accurately control the shape of the crystallization front, a multi-section OTF heater with separate section control or with a pre-selected power distribution is used along the entire cross section of the crystal.
6. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения задачи получения вблизи стенок выпуклого в расплав фронта кристаллизации, стенки тигля изготавливаются из низко теплопроводного материала (например кварцевого стекла, покрытого пиролитическим графитом или нитридом бора).6. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to simplify the task of obtaining a crystallization front convex into the melt near the walls, the crucible walls are made of low heat-conducting material (for example, silica glass coated with pyrolytic graphite or boron nitride).
7. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью получения однородного состава, в продольном направлении выращенного кристалла в зонах W1 и W2 изначально размещается шихта разного состава, причем в зоне W2 размещается шихта того состава, который требуется получить в выросшем кристалле, а в зоне W1 размещается шихта того состава, из которого в соответствии с диаграммой состояния растет кристалл требуемого состава (например, при росте кристалла Cd0,8Zn0,2Te в зоне W2 размещается состав Cd0,8Zn0,2Te, а в зоне W1 размещается шихта состава Cd0,85Zn0,15Te).7. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to obtain a homogeneous composition, in the longitudinal direction of the grown crystal in zones W 1 and W 2 , a mixture of different composition is initially placed, and in the zone W 2 a mixture of the composition that is required receive in the grown crystal, and in the zone W 1 is placed a mixture of the composition from which, in accordance with the state diagram, a crystal of the required composition grows (for example, when the crystal Cd 0.8 Zn 0.2 Te grows, the composition Cd 0 is placed in the zone W 2 , 8 Zn 0.2 Te, and in the zone W 1 a charge of composition Cd 0.85 Zn 0.15 Te).
8. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью получения однородного продольного распределения легирующей примеси (для компенсации влияния собственных дефектов), в выросшем кристалле в зонах W1 и W2 (см. рисунок) изначально размещается шихта с разной концентрацией легирующей примеси, причем в зоне W2 размещается шихта с концентрацией легирующей примеси, которую требуется получить в выросшем кристалле, а в зоне W1 размещается шихта с концентрацией легирующей примеси, превышающей концентрацию в зоне W2 в k раз, где k равновесный коэффициент распределения для этой легирующей примеси.8. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to obtain a uniform longitudinal distribution of the dopant (to compensate for the effects of intrinsic defects), in the grown crystal in the zones W 1 and W 2 (see figure), a charge with different dopant concentration, wherein W 2 in the zone located blend with a dopant concentration which is required to receive reared in the crystal, and in a zone located W 1 blend with a dopant concentration exceeding a concentration of W in zone 2 k times, where k equilibrium koe the distribution coefficient for this dopant.
9. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью получения однородного распределения состава и легирующей примеси в поперечном направлении, толщина слоя расплава h в зоне W1 устанавливается в диапазоне 1-30 мм в зависимости от состава, типа легирующей примеси и диаметра растущего кристалла.9. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to obtain a uniform distribution of the composition and the dopant in the transverse direction, the thickness of the melt layer h in the zone W 1 is set in the range of 1-30 mm depending on the composition, type of dopant and the diameter of the growing crystal.
10. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью предотвращения обратной диффузии из зоны W1 в зону W2 и повышения продольной однородности распределения состава и легирующей примеси, толщина зазора δ (см. рисунок) в зависимости от состава, типа легирующей примеси и диаметра растущего кристалла находится в диапазоне 0,5-5 мм.10. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to prevent back diffusion from the zone W 1 to the zone W 2 and to increase the longitudinal uniformity of the distribution of the composition and the dopant, the gap thickness δ (see figure) depending on the composition, the type of dopant and the diameter of the growing crystal is in the range of 0.5-5 mm.
11. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью получения малодислокационных и однородных в поперечном направлении кристаллов, за счет создания малых термоупругих напряжений и создания одномерного теплового потока, радиальный температурный градиент gradTrad вдоль дна ОТФ нагревателя или перегородки устанавливается в диапазоне 0,1 град/см<gradTrad<2 град/см в зависимости от кристаллизуемого состава и диаметра растущего кристалла.11. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to obtain low-dislocation and transverse uniform crystals, by creating small thermoelastic stresses and creating a one-dimensional heat flux, the radial temperature gradient gradT rad along the bottom of the TFT heater or baffle is set to the range of 0.1 deg / cm <gradT rad <2 deg / cm depending on the crystallizable composition and the diameter of the growing crystal.
12. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения микрооднородности растущего кристалла, за счет создания вблизи межфазной поверхности слабых ламинарных течений, рост кристалла идет при малой толщине слоя расплава h в зоне W1 (см. рисунок), которая находится в диапазоне 1-10 мм.12. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to increase the microhomogeneity of the growing crystal, by creating weak laminar flows near the interphase surface, the crystal grows at a small thickness of the melt layer h in the zone W 1 (see figure), which is in the range of 1-10 mm.
13. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения однородности свойств кристалла, уменьшения числа блоков и преципитатов в процессе выращивания, с помощью термодатчиков 7 и 9 по всему объему расплава контролируется величина перегрева расплава и время выдержки расплава при высокой температуре.13. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to increase the uniformity of the crystal properties, reduce the number of blocks and precipitates during the growing process, the temperature of the melt and the melt holding time at high temperature are controlled using temperature sensors 7 and 9 throughout the entire melt volume temperature.
14. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения переохлаждения расплава в начале кристаллизации без затравки (самозатравление) и, тем самым, уменьшения неопределенности времени начала процесса и повышения управляемости процессом кристаллизации, а значит и качества кристалла, до начала процесса кристаллизации расплав перегревается на величину, находящуюся в диапазоне 5-40°С, и выдерживается при этой температуре в течение 1-10 ч в зависимости от состава, типа легирующей примеси и диаметра растущего кристалла.14. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to reduce melt supercooling at the beginning of crystallization without seed (self-etching) and, thereby, reduce the uncertainty of the start time of the process and increase the controllability of the crystallization process, and hence the quality of the crystal, to At the beginning of the crystallization process, the melt overheats by an amount in the range of 5–40 ° C and is kept at this temperature for 1–10 hours depending on the composition, type of dopant, and diameter of the growing crystal.
15. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью устранения влияния предструктуры расплава (наличие многоатомных комплексов) на ухудшение качества растущего кристалла, повышения однородности свойств кристалла и уменьшения числа блоков, до начала процесса кристаллизации расплав перегревается на величину, находящуюся в диапазоне 40-200°С, и выдерживается при этой температуре в течение 0,5-4 ч в зависимости от состава, типа легирующей примеси и диаметра растущего кристалла.15. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to eliminate the influence of the melt prestructure (the presence of polyatomic complexes) on the deterioration of the quality of the growing crystal, to increase the uniformity of the crystal properties and to reduce the number of blocks, the melt overheats by the amount located before the crystallization process begins in the range of 40-200 ° C, and maintained at this temperature for 0.5-4 hours, depending on the composition, type of dopant and the diameter of the growing crystal.
16. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью организации самозатравления при спонтанном зарождении кристалла, на оси конусного дна тигля предусматривается цилиндрическая вертикальная полость с отношением диаметра к высоте 1/10 с целью реализации условий для геометрического отбора.16. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to organize self-etching during spontaneous crystal nucleation, a cylindrical vertical cavity with a diameter to height ratio of 1/10 is provided on the axis of the crucible bottom in order to realize the conditions for geometric selection.
17. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения условий кристаллизации и повышения качества слитка, при спонтанном зарождении используется тигель с плоским дном (на фигуре не показано), обеспечивающим, в отличие от конусного дна, одномерную задачу с самого начала кристаллизации, т.е. более точное управление зарождением кристалла.17. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to increase the accuracy of determining the crystallization conditions and improve the quality of the ingot, during spontaneous nucleation, a crucible with a flat bottom (not shown in the figure) is used, providing, in contrast to the conical bottom, one-dimensional the task from the very beginning of crystallization, i.e. more precise control of crystal nucleation.
18. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью получения монокристалла по всему объему слитка, на плоском дне тигля закрепляется цилиндрическая плоскопараллельная монокристаллическая затравка с диаметром, равным диаметру тигля.18. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to obtain a single crystal over the entire volume of the ingot, a cylindrical plane-parallel single crystal seed with a diameter equal to the diameter of the crucible is fixed on the flat bottom of the crucible.
19. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью определения положения фронта кристаллизации, его температуры и толщины слоя расплава, что необходимо из-за летучести компонентов и неконтролируемого изменения температуры кристаллизации, в процессе кристаллизации используется специальный зонд, установленный с возможностью измерения величины его перемещения в расплаве до контакта с фронтом кристаллизации.19. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to determine the position of the crystallization front, its temperature and the thickness of the melt layer, which is necessary due to the volatility of the components and uncontrolled changes in the crystallization temperature, a special probe is used in the crystallization process, installed with the ability to measure the magnitude of its movement in the melt before contact with the crystallization front.
20. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью определения положения фронта кристаллизации, его температуры и толщины слоя расплава, в качестве зонда используется ОТФ нагреватель, устанавливаемый с возможностью измерения его перемещения вдоль вертикальной оси.20. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to determine the position of the crystallization front, its temperature and the thickness of the melt layer, an OTF heater is used as a probe, which is installed with the ability to measure its movement along the vertical axis.
21. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью поддержания постоянных условий кристаллизации (перегрева расплава, градиента температуры в расплаве, скорости течения расплава, скорости роста), а также для повышения качества кристалла и повышения процента выхода годных, процесс ОТФ роста ведут путем поддержания постоянной величины температуры ОТФ нагревателя и постоянной толщины слоя расплава h.21. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to maintain constant crystallization conditions (melt overheating, temperature gradient in the melt, melt flow rate, growth rate), as well as to improve the quality of the crystal and increase the yield, the process HTF growth is carried out by maintaining a constant temperature of the HTF heater and a constant melt layer thickness h.
22. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью поддержания постоянной толщины слоя расплава h, в контуре автоматизированной системы управления используется одномерная тепловая модель.22. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to maintain a constant thickness of the melt layer h, a one-dimensional thermal model is used in the circuit of the automated control system.
23. Способ выращивания по п.1, отличающийся тем, что, с целью получения качественных кристаллов, кристаллизация идет при скорости вытягивания v в диапазоне 0,5 мм/ч<v<6 мм/ч в зависимости от состава, величины вертикального градиента температуры и диаметра растущего кристалла.23. The growing method according to claim 1, characterized in that, in order to obtain high-quality crystals, crystallization occurs at a drawing speed v in the range of 0.5 mm / h <v <6 mm / h depending on the composition, the magnitude of the vertical temperature gradient and the diameter of the growing crystal.