Claims (23)
1. Способ выращивания кристаллов Cd1-xZnxTe, где 0≤х≤1, под высоким давлением инертного газа в условиях осевого теплового потока вблизи фронта кристаллизации - методом ОТФ использованием фонового нагревателя и погруженного в расплав нагревателя (ОТФ-нагревателя) путем вытягивания тигля с расплавом в холодную зону со скоростью v при разных начальных составах шихты в зоне кристаллизации W1 с толщиной слоя расплава h и в зоне подпитки W2, отличающийся тем, что для получения макро- и микрооднородных монокристаллов Cd1-xZnxTe в тигле диаметром до 150 мм в зоне W1 (14) размещают исходные компоненты Cd, Zn, Те в таком соотношении, чтобы состав расплава соответствовал составу на кривой ликвидуса, а в зоне W2 (15) исходные компоненты Cd, Zn, Те в таком соотношении, чтобы состав расплава соответствовал требуемому составу на кривой солидуса, управление переносом массы в зоне кристаллизации W1 осуществляют за счет выбора оптимального соотношения между осевым градиентом температуры в расплаве gradTax, высотой слоя расплава h и радиальным распределением температуры вдоль ОТФ нагревателя, определяемых по двумерной численной модели в зависимости от диаметра кристалла и требуемого качества, используя для управления распределением температур в рабочем объеме многосекционный ОТФ нагреватель (5) или перегородку (20) и многосекционный фоновый нагреватель (4), при этом управление ведут по показаниям термодатчиков 8, 9, 10, 11, для управления формой фронта кристаллизации используют также дополнительный кольцевой нагреватель 12, установленный вблизи стенки тигля напротив ОТФ нагревателя по показанию термодатчика 13, а кристаллизацию ведут в зависимости от требуемого качества кристалла и диаметра тигля при следующих параметрах: h=0,5-40 мм, осевой градиент температуры вблизи фронта кристаллизации gradTax=3-120°С/см, скорость вытягивания тигля с растущим кристаллом v=0,1-10 мм/ч, перепад температур вдоль ОТФ-нагревателя Т2-t1=0-6°С, перепад температур между боковой поверхностью тигля Т6 и периферией ОТФ нагревателя Т2 равна Т6-T2=0,5-20°С.1. A method of growing crystals of Cd 1-x Zn x Te, where 0≤x≤1, under high pressure of an inert gas under the axial heat flow near the crystallization front - by the OTF method using a background heater and a heater immersed in the melt (OTF heater) by pulling the crucible with the melt into the cold zone with speed v for different initial charge compositions in the crystallization zone W 1 with the melt layer thickness h and in the recharge zone W 2 , characterized in that for the production of macro-and micro-uniform single crystals Cd 1-x Zn x Te in a crucible with a diameter of up to 150 m m in the zone W 1 (14) the initial components Cd, Zn, Te are placed in such a ratio that the melt composition corresponds to the composition on the liquidus curve, and in the zone W 2 (15) the initial components Cd, Zn, Te in such a ratio that the composition the melt corresponded to the required composition on the solidus curve, mass transfer in the crystallization zone W 1 is controlled by selecting the optimal ratio between the axial temperature gradient in the melt gradT ax , melt layer height h and the radial temperature distribution along the OTP of the heater, determined by a moderate numerical model depending on the diameter of the crystal and the required quality, using a multi-section OTF heater (5) or a partition (20) and a multi-section background heater (4) to control the temperature distribution in the working volume, while the control is carried out according to the readings of temperature sensors 8, 9, 10, 11, to control the shape of the crystallization front, an additional ring heater 12 is also used, installed near the crucible wall opposite the OTF of the heater according to the temperature sensor 13, and crystallization is carried out depending t required quality of crystal and crucible diameter at the following parameters: h = 0,5-40 mm, the axial temperature gradient near the solidification front gradT ax = 3-120 ° C / cm, the pulling speed of the crucible to a growing crystal v = 0,1-10 mm / h, the temperature difference along the OTF heater T 2 -t 1 = 0-6 ° C, the temperature difference between the side surface of the crucible T 6 and the periphery of the OTF heater T 2 is T 6 -T 2 = 0.5-20 ° C .
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне W1 размещают предварительно синтезированные соединения CdTe и ZnTe в таком соотношении, чтобы перед началом ОТФ кристаллизации состав расплава соответствовал требуемому составу на кривой ликвидуса, а в зоне W2 предварительно синтезированные соединения CdTe и ZnTe в таком соотношении, чтобы состав расплава соответствовал составу на кривой солидуса.2. The method according to claim 1, characterized in that the pre-synthesized CdTe and ZnTe compounds are placed in the zone W 1 in such a ratio that, before the beginning of the OTP crystallization, the melt composition corresponds to the required composition on the liquidus curve, and in the W 2 zone the pre-synthesized CdTe compounds and ZnTe in such a ratio that the composition of the melt corresponds to the composition on the solidus curve.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что угол конуса в конусной части тигля находится в диапазоне от 90-160° в зависимости от диаметра растущего кристалла.3. The method according to claim 1, characterized in that the cone angle in the conical part of the crucible is in the range from 90-160 ° depending on the diameter of the growing crystal.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что ниже конусной части тигля размещается затравочная часть тигля с цилиндрической вертикальной полостью (17), расположенной на оси тигля, диаметр этой полости находится в диапазоне 1-5 мм в зависимости от диаметра растущего кристалла.4. The method according to claim 1, characterized in that below the conical part of the crucible is the seed part of the crucible with a cylindrical vertical cavity (17) located on the axis of the crucible, the diameter of this cavity is in the range of 1-5 mm depending on the diameter of the growing crystal.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что высота цилиндрической затравочной вертикальной полости, расположенной на оси тигля, находится в диапазоне 10-3 диаметра затравочного отверстия в зависимости от диаметра растущего кристалла.5. The method according to claim 1, characterized in that the height of the cylindrical seed vertical cavity located on the axis of the crucible is in the range of 10-3 the diameter of the seed hole, depending on the diameter of the growing crystal.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что для отвода тепла от дна тигля и затравочного отверстия используется теплоотводящий стержень, диаметр которого находится в диапазоне 0,6-1,0 от внешнего диаметра затравочной части тигля.6. The method according to claim 1, characterized in that for the removal of heat from the bottom of the crucible and the seed hole, a heat sink rod is used, the diameter of which is in the range of 0.6-1.0 from the outer diameter of the seed part of the crucible.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что ОТФ (погруженный) нагреватель имеет 3 секции нагревательных элементов: центральный в форме диска с радиусом до 0,4 радиуса ОТФ нагревателя и два кольцевых, расположенных на окружности на радиусах в диапазонах 0,6-0,8 и 0,85-0,95 радиуса погруженного нагревателя соответственно.7. The method according to claim 1, characterized in that the OTF (immersed) heater has 3 sections of heating elements: a central one in the form of a disk with a radius of up to 0.4 radius of the OTF of the heater and two ring ones located on a circle at radii in the ranges of 0.6 -0.8 and 0.85-0.95 of the radius of the immersed heater, respectively.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что погруженная перегородка (20) имеет вставки из низкотеплопроводного материала, например кварца (21) и (или) низкотеплопроводного графитового войлока (22).8. The method according to claim 1, characterized in that the submerged partition (20) has inserts of low-conductivity material, for example quartz (21) and (or) low-conductivity graphite felt (22).
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что тигель (1), ОТФ нагреватель (5) или перегородка (20), дополнительный нагреватель (12) размещаются в защитной кварцевой трубе (3) в чистой зоне (19).9. The method according to claim 1, characterized in that the crucible (1), an OTF heater (5) or a partition (20), an additional heater (12) are placed in a protective quartz tube (3) in a clean area (19).
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что с помощью секций ФН устанавливают такое распределение температур в ростовой камере, при котором минимальные значения температур находятся в местах соединения рабочей зоны (внутри кварцевой трубы) с внешней зоной (зона ФН и теплоизоляционных экранов).10. The method according to claim 1, characterized in that by means of the sections of the fn, a temperature distribution in the growth chamber is established such that the minimum temperature values are at the junction of the working area (inside the quartz tube) with the external area (the area of the fn and heat-insulating screens) .
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что рост кристаллов Cd1-xZnxTe ведут при поддержании постоянных температур по показанию термодатчика Т6 и на ОТФ нагревателе по показаниям термодатчиков T1 и Т2.11. The method according to claim 1, characterized in that the crystals of Cd 1-x Zn x Te are grown while maintaining constant temperatures as indicated by the temperature sensor T6 and on the OTF heater according to the temperature sensors T 1 and T2.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходные компоненты Cd, Zn, Те, загруженные в тигель, отжигают в вакууме при температуре 150-200°С, а затем проводят синтез соединения Cd1-xZnxTe, где 0≤x≤1 под давлением инертного газа 80-120 атм путем медленного многоступенчатого нагрева тигля до температуры выше температуры плавления каждого из исходных компонентов на 10-20°С, каждый раз делая выдержку в течение 30-90 мин, далее систему нагревают в равномерном изотермическом поле выше на 10-15°С температуры плавления соединения Cd1-xZnxTe, где 0≤x≤1, находящегося в зоне W2.12. The method according to claim 1, characterized in that the starting components Cd, Zn, Those loaded into the crucible are annealed in vacuum at a temperature of 150-200 ° C, and then the synthesis of the compound Cd 1-x Zn x Te, where 0 ≤x≤1 under an inert gas pressure of 80-120 atm by slow multi-stage heating of the crucible to a temperature above the melting temperature of each of the starting components by 10-20 ° C, each time holding for 30-90 minutes, then the system is heated in uniform isothermal the field is 10-15 ° C higher the melting point of the compound Cd 1-x Zn x Te, where 0≤x≤1, located in zone W 2 .
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что после синтеза соединения Cd1-xZnxTe расплав гомогенизируют в течение 60-120 мин путем перемешивания расплава с помощью вращения ОТФ нагревателя или перегородки вокруг вертикальной оси со знакопеременным ускорением (периодически меняется направление вращения ОТФ нагревателя) при максимальном угле закручивания 45- 90° и (или) опуская и поднимая ОТФ нагреватель с периодом 10-30 с при максимальной амплитуде вертикального смещения 1-2 мм.13. The method according to claim 1, characterized in that after the synthesis of the compound Cd 1-x Zn x Te, the melt is homogenized for 60-120 minutes by stirring the melt by rotating a TFT heater or a partition around a vertical axis with alternating acceleration (the direction changes periodically rotation of the OTF heater) at a maximum twist angle of 45-90 ° and (or) lowering and raising the OTF heater with a period of 10-30 s with a maximum amplitude of vertical displacement of 1-2 mm.
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед началом кристаллизации осуществляют выдержку расплава без механического перемешивания в течение 90-180 мин.14. The method according to claim 1, characterized in that prior to crystallization, the melt is exposed without mechanical stirring for 90-180 minutes.
15. Способ по п.1, отличающийся тем, что кристаллизацию начинают методом замерзания в вертикальном градиенте путем поддержания постоянной температуры на ОТФ нагревателе и снижения температуры на дне тигля таким образом, чтобы перед началом вытягивания тигля в холодную зону ростовой камеры со скоростью v в затравочном отверстии, при его наличии, и в конусной части тигля сформировалась монокристаллическая затравка, а толщина слоя расплава между нагревателем и фронтом кристаллизации составляла h=0,5-40 мм.15. The method according to claim 1, characterized in that the crystallization is started by freezing in a vertical gradient by maintaining a constant temperature on the OTF heater and lowering the temperature at the bottom of the crucible so that before starting to pull the crucible into the cold zone of the growth chamber at a speed v in the seed A single crystal seed was formed in the hole, if present, and in the conical part of the crucible, and the thickness of the melt layer between the heater and the crystallization front was h = 0.5–40 mm.
16. Способ по п.1, отличающийся тем, что рост кристаллов Cd1-xZnxTe при опускании тигля в холодную зону со скоростью v ведут при постоянных температурах ОТФ нагревателя T1, T2, Т6 и при изменении температуры на дне тигля в соответствии с законом: T4(t)=T40-a·t,16. The method according to claim 1, characterized in that the growth of Cd 1-x Zn x Te crystals when lowering the crucible into the cold zone with speed v is carried out at constant temperatures of the TFT of the heater T1, T2, T6 and when the temperature at the bottom of the crucible changes, in accordance with law: T4 (t) = T4 0 -a · t,
где Т40 - начальное значение температуры; а=v(λp·gradTax+Q)/λкр; v - скорость вытягивания кристалла; λр - теплопроводность расплава CZT; gradTax - осевой градиент температуры в расплаве, при котором выращивают кристалл; Q - теплота кристаллизации; λкр - теплолроводность кристалла CZT.where T4 0 is the initial temperature value; a = v (λ p · gradTax + Q) / λ cr ; v is the crystal drawing speed; λ p - thermal conductivity of the melt CZT; gradTax is the axial temperature gradient in the melt at which the crystal is grown; Q is the heat of crystallization; λ cr - thermal conductivity of the CZT crystal.
17. Способ по п.1, отличающийся тем, что в конце процесса кристаллизации температура ОТФ нагревателя T1 и T2 снижается таким образом, чтобы на момент выхода ОТФ нагревателя из расплава высота слоя расплава составляла 1-1,5 мм.17. The method according to claim 1, characterized in that at the end of the crystallization process, the temperature of the TFT of the heater T1 and T2 decreases so that at the time the TFT heater leaves the melt, the height of the melt layer is 1-1.5 mm.
18. Способ по п.1, отличающийся тем, что контролируется начало перемещения вдоль вертикальной оси щупа в защитном кожухе (7).18. The method according to claim 1, characterized in that the start of movement along the vertical axis of the probe in the protective casing (7) is controlled.
19. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение величины h ведут с помощью щупа (7) в защитном кожухе с вмонтированной термопарой, находящегося в погруженном нагревателе, путем измерения его перемещения вдоль вертикальной оси вниз до момента касания фронта кристаллизации.19. The method according to claim 1, characterized in that the measurement of the value of h is carried out using the probe (7) in a protective casing with a built-in thermocouple located in the immersed heater, by measuring its movement along the vertical axis down to the moment of touching the crystallization front.
20. Способ по п.1, отличающийся тем, что с помощью секций ФН по показаниям термодатчиков (Т7, Т8) создается обратный градиент температур в зоне W2, расположенной выше ОТФ нагревателя, для уменьшения перегрева расплава в верхней части тигля.20. The method according to claim 1, characterized in that using the FN sections according to the readings of the temperature sensors (T7, T8), an inverse temperature gradient is created in the zone W 2 located above the OTF of the heater to reduce the melt overheating in the upper part of the crucible.
21. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительный кольцевой нагреватель, находящийся на внешней стороне тигля, устанавливается напротив зоны кристаллизации W1 в диапазоне 0<h<40 мм.21. The method according to claim 1, characterized in that the additional annular heater located on the outside of the crucible is installed opposite the crystallization zone W 1 in the range 0 <h <40 mm.
22. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительный кольцевой нагреватель изготовлен из графита.22. The method according to claim 1, characterized in that the additional ring heater is made of graphite.
23. Способ по п.1, отличающийся тем, что кривизну формы фронта кристаллизации в зоне W1 выпуклостью в расплав устанавливают в диапазоне 0-7,5 мм в зависимости от состава, типа легирующей примеси и диаметра растущего кристалла.
23. The method according to claim 1, characterized in that the curvature of the shape of the crystallization front in zone W 1 by the bulge in the melt is set in the range of 0-7.5 mm, depending on the composition, type of dopant and the diameter of the growing crystal.