一种碲锌镉多晶的制备方法与流程

文档序号:12252139

本发明涉及半导体技术领域,尤其涉及一种碲锌镉多晶的制备方法。



背景技术:

碲锌镉晶体(英文名称为cadmium zinc telluride,简写为CZT)是由第ⅡB~ⅣA族元素组成的宽禁带化合物半导体,具有闪锌矿结构,随着Zn组分含量的变化,其生长温度从1092~1295℃之间变化,是一种性能优异的红外晶体材料,被广泛用于红外探测器的外延衬底和室温核辐射探测器等。碲锌镉晶体还以其优异的光电性能而在核工业、军事、医学、环境、光伏发电、天体物理等方面有着重要的应用前景,成为一种极具工程意义和战略意义的功能材料。因此,碲锌镉晶体材料的制备便具有十分重要的意义。

而碲锌镉晶体本身生长难度大,导致制备碲锌镉晶体成为一项高难技术,目前,制备碲锌镉多晶主要采用的方法是将碲、锌、镉单质混合,进行合成反应,而合成反应需要在高温条件下(通常为1092~1295℃)进行才能满足晶体生长的需求,这种合成方法容易造成原料器皿炸裂,既不安全,还浪费原料,成本较高,同时,这种高温合成方法稳定性差、不易控,容易影响晶体的生长质量,得到的碲锌镉多晶中容易造成锌的偏析,难以进行大批量生产。



技术实现要素:

本发明提供了一种碲锌镉多晶的制备方法,按照本申请的制备方法,在较低的温度下即可制得碲锌镉多晶,安全易控,便于批量生产,且得到的碲锌镉多晶中无偏析。

本发明提供了一种碲锌镉多晶的制备方法,包括以下步骤:

A)将碲化镉粉体与碲化锌粉体混合均匀,得到混合粉体;

B)在真空条件下,将所述混合粉体升温至600~750℃,保温,加压,得到第一烧结体;

C)对所述第一烧结体进行一次降温,卸压,再进行二次降温,得到碲锌镉多晶。

优选的,所述碲化镉粉体与所述碲化锌粉体的质量比为5:(0.03~0.8)。

优选的,所述碲化镉粉体的粒度小于100目;所述碲化锌粉体的粒度小于100目。

优选的,所述步骤B)中,所述真空的真空度小于5Pa,所述升温的速率为3~5℃/min,所述保温的时间为1~2h。

优选的,所述步骤B)中,在开始保温10~30min后进行加压;所述加压的压强为10~20MPa,时间为10~30min;在所述加压后进行保温降压。

优选的,所述步骤C)中,所述一次降温为降温至530~560℃。

优选的,所述步骤C)具体包括:

C1)对所述第一烧结体进行一次降温,卸压,再进行二次降温,得到碲锌镉材料;

C2)在真空条件下,将所述碲锌镉材料升温至600~750℃,保温,加压,得到第二烧结体;

C3)对所述第二烧结体进行一次降温,卸压,再进行二次降温,得到碲锌镉多晶。

优选的,所述步骤C2)中,所述真空的真空度小于5Pa,所述升温的速率为5~12℃/min,所述保温的时间为3~5h。

优选的,所述步骤C2)中,在开始保温10~30min后进行加压;所述加压的压强为25~35MPa,时间为30~50min;在所述加压后进行保温降压。

优选的,所述步骤C3)中,所述一次降温为降温至530~560℃。

与现有技术相比,本发明提供了一种碲锌镉多晶的制备方法,包括:A)将碲化镉粉体与碲化锌粉体混合均匀,得到混合粉体;B)在真空条件下,将所述混合粉体升温至600~750℃,保温,加压,得到第一烧结体;C)对所述第一烧结体进行一次降温,卸压,再进行二次降温,得到碲锌镉多晶。采用本发明的方法,在较低的温度下即可制备得到碲锌镉多晶,安全易控,节省能耗,有利于降低成本,且得到的碲锌镉多晶品质高、无偏析,采用本申请的方法有利于进行大批量生产。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种碲锌镉多晶的制备方法,包括以下步骤:

A)将碲化镉粉体与碲化锌粉体混合均匀,得到混合粉体;

B)在真空条件下,将所述混合粉体升温至600~750℃,保温,加压,得到第一烧结体;

C)对所述第一烧结体进行一次降温,卸压,再进行二次降温,得到碲锌镉多晶。

按照本发明,首先将碲化镉粉体与碲化锌粉体混合均匀,得到混合粉体。

本发明中,所述碲化镉粉体和碲化锌粉体的来源无特殊限制,为一般市售即可。所述碲化镉粉体的粒度优选小于100目;所述碲化锌粉体的粒度优选小于100目。所述碲化镉粉体与碲化锌粉体的质量比优选为5:(0.03~0.8),在本发明的某些实施例中,所述质量比可以为5:0.03、5:0.05或5:0.8等。本发明中,将碲化镉粉体与碲化锌粉体混合的方式没有特殊限制,能够将粉体原料混合均匀即可,如可以通过机械搅拌等方式来混合原料,得到混合粉体。

按照发明,在得到混合粉体后,在真空条件下,将所述混合粉体升温至600~750℃,保温,加压,得到第一烧结体。

本发明中,在得到混合粉体后,优选抽真空至小于5Pa,在该真空条件下,对混合粉体升温,所述升温的速率优选为3~5℃/min,在本发明的某些实施例中,所述升温的速率可以为3℃/min、4℃/min或5℃/min等。

本发明优选升温至600~750℃,更优选为680~750℃,在本发明的某些实施例中,可以升温至680℃、700℃或750℃等。

本发明中,升温至设定温度后,保温一定时间,所述保温的时间优选为1~2h,更优选为1.5~2h,在本发明的某些实施例中,所述保温的时间可以为1.5h或2h等。

本发明中,优选在开始保温10~30min后,进行加压;所述加压期间,温度保持不变;所述加压的压强优选为10~20MPa,更优选为15~17MPa;加压至设定值后,优选保压一段时间,本发明中,优选保持10~30min,更优选保持15~20min。本发明中,在保温保压之后,还包括保温降压,在所述保温降压后,得到第一烧结体。

按照本发明,在得到第一烧结体后,对所述第一烧结体进行一次降温,卸压,再进行二次降温,得到碲锌镉多晶。

本发明中,所述一次降温优选降温至530~560℃,在本发明的某些实施例中,可降温至550℃;降温至设定温度后,进行卸压,优选将剩余压力卸掉为零;卸压后,进行二次降温,所述二次降温优选降温至室温,如可以降温至35℃以下,更优选降至25~35℃;在进行二次降温后,得到碲锌镉多晶。

按照本发明,优选在上述的二次降温后,得到碲锌镉材料;在得到碲锌镉材料后,优选在真空条件下,将所述碲锌镉材料升温至600~750℃,保温,加压,得到第二烧结体。

本发明在得到碲锌镉材料后,优选还包括将所述碲锌镉材料破碎至粒度小于100目,得到碲锌镉粉体。

本发明中,在得到碲锌镉粉体后,优选抽真空至小于5Pa,在该真空条件下,进行后续步骤;本发明中,在所述真空条件下,优选将所述碲锌镉粉体升温至600~750℃,更优选为680~750℃;所述升温的速率优选为5~12℃/min,在本发明的某些实施例中,所述升温的速率可以为10℃/min。

本发明中,升温至所述设定温度后,保温一定时间;所述保温的时间优选为3~5h。

本发明中,优选在开始保温10~30min后,进行加压;所述加压期间,温度保持不变;所述加压的压强优选为25~35MPa,更优选为25~30MPa;加压至设定值后,优选保压一段时间,本发明中,优选保持30~50min,更优选保持40~50min。本发明中,在保温保压之后,还包括保温降压,在所述保温降压后,得到第二烧结体。

本发明中,在得到第二烧结体后,对所述第二烧结体进行一次降温,卸压,再进行二次降温,得到碲锌镉多晶。

本发明中,所述一次降温优选降至530~560℃,在本发明的某些实施例中,可以降温至550℃;降温至设定温度后,进行卸压,优选将剩余压力卸掉为零;卸压后,进行二次降温,所述二次降温优选降温至室温,如可以降温至35℃以下,更优选降至25~35℃;在进行二次降温后,得到碲锌镉多晶。采用本发明的方法,进行二次烧结,有利于较好的促使碲锌镉晶体生长,使得到的碲锌镉多晶均匀无偏析,品质较高。

本发明中,得到碲锌镉多晶后,可对所述碲锌镉多晶进行表面处理,如可以通过对所述碲锌镉多晶的表面进行打磨等方式,以净化所述碲锌镉多晶。表面处理后,可以根据需求将所述碲锌镉多晶破碎至不同大小的碲锌镉多晶粒或碲锌镉多晶粉等。

本发明中,优选将混合粉体原料装于原料容器中并置于烧结设备内进行上述烧结过程;在本发明的某些实施例中,所述原料容器可以为热压石墨磨具;所述烧结设备可以为热压炉。

本发明提供了一种碲锌镉多晶的制备方法,包括以下步骤:A)将碲化镉粉体与碲化锌粉体混合均匀,得到混合粉体;B)在真空条件下,将所述混合粉体升温至600~750℃,保温,加压,得到第一烧结体;C)对所述第一烧结体进行一次降温,卸压,再进行二次降温,得到碲锌镉多晶。采用本发明的特定方法,在较低的温度下即可制备得到碲锌镉多晶,安全易控,节省能耗,有利于降低成本,且得到的碲锌镉多晶品质高、无偏析,采用本申请的方法有利于进行大批量工业生产。

为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

将5kg粒度小于100目的碲化镉粉体与0.03Kg粒度小于100目的碲化锌粉体混合均匀,得到混合粉体;将该混合粉体装入热压石墨模具中并置于热压炉内;将热压炉抽真空至小于5Pa,以3℃/min的升温速率将热压炉升温至680℃,保温1.5h;在上述保温开始10min后,进行加压,加至17MPa,保持20min后,开始保温降压,在保温达1.5h后,开始降温,降到550℃时,将剩余压力卸掉为零,之后降温至25~35℃,取出热压石墨模具并脱模,得到碲锌镉材料。将所得碲锌镉材料破碎至粒度小于100目,装入热压石墨模具中并置于热压炉内;将热压炉抽真空至小于5Pa,以10℃/min的升温速率将热压炉升温至680℃,保温3h;在上述保温开始10min后,进行加压,加至30MPa,保持40min后,开始保温降压,在保温总时长达3h后,开始降温,降到550℃时,将剩余压力卸掉为零,之后降温至25~35℃,取出热压石墨模具并脱模,得到碲锌镉多晶。

利用ICP法对所得碲锌镉多晶进行偏析检测,即利用原位统计分布的分析方法分析多晶体中不同位置点的元素含量是否均匀;对所得碲锌镉多晶取4个以上不同位置的点,分析各位置处Zn元素的质量比并做比较,结果显示,不同位置点的Zn元素含量十分相近,各位置点Zn元素的质量偏差低于0.25%,即所得碲锌镉多晶十分均匀,无偏析。

实施例2

将5kg粒度小于100目的碲化镉粉体与0.8Kg粒度小于100目的碲化锌粉体混合均匀,得到混合粉体;将该混合粉体装入热压石墨模具中并置于热压炉内;将热压炉抽真空至小于5Pa,以5℃/min的升温速率将热压炉升温至750℃,保温2h;在上述保温开始10min后,进行加压,加至15MPa,保持20min后,开始保温降压,在保温达2h后,开始降温,降到550℃时,将剩余压力卸掉为零,之后降温至25~35℃,取出热压石墨模具并脱模,得到碲锌镉材料。将所得碲锌镉材料破碎至粒度小于100目,装入热压石墨模具中并置于热压炉内;将热压炉抽真空至小于5Pa,以10℃/min的升温速率将热压炉升温至750℃,保温5h;在上述保温开始10min后,进行加压,加至28MPa,保持50min后,开始保温降压,在保温总时长达5h后,开始降温,降到550℃时,将剩余压力卸掉为零,之后降温至25~35℃,取出热压石墨模具并脱模,得到碲锌镉多晶。

按照实施例1的方法对所得碲锌镉多晶进行偏析检测,结果显示,不同位置点的Zn元素含量十分相近,各位置点Zn元素的质量偏差低于0.04%,即所得碲锌镉多晶十分均匀,无偏析。

实施例3

将5kg粒度小于100目的碲化镉粉体与0.05Kg粒度小于100目的碲化锌粉体混合均匀,得到混合粉体;将该混合粉体装入热压石墨模具中并置于热压炉内;将热压炉抽真空至小于5Pa,以5℃/min的升温速率将热压炉升温至700℃,保温1.5h;在上述保温开始10min后,进行加压,加至15MPa,保持15min后,开始保温降压,在保温达1.5h后,开始降温,降到550℃时,将剩余压力卸掉为零,之后降温至25~35℃,取出热压石墨模具并脱模,得到碲锌镉材料。将所得碲锌镉材料破碎至粒度小于100目,装入热压石墨模具中并置于热压炉内;将热压炉抽真空至小于5Pa,以10℃/min的升温速率将热压炉升温至700℃,保温4h;在上述保温开始10min后,进行加压,加至25MPa,保持40min后,开始保温降压,在保温总时长达4h后,开始降温,降到550℃时,将剩余压力卸掉为零,之后降温至25~35℃,取出热压石墨模具并脱模,得到碲锌镉多晶。

按照实施例1的方法对所得碲锌镉多晶进行偏析检测,结果显示,不同位置点的Zn元素含量十分相近,各位置点Zn元素的质量偏差低于0.29%,即所得碲锌镉多晶十分均匀,无偏析。

现有技术中制备碲锌镉多晶主要采用的方法是将碲、锌、镉单质混合,进行合成反应,而该合成反应需要在高温条件下(通常为1092~1295℃)进行才能满足晶体生长的需求,这种合成方法容易造成原料器皿炸裂,既不安全,还浪费原料,成本较高,单次只能进行少量的合成,难以进行千克量级的制备,同时,这种高温合成方法稳定性差、不易控,容易影响晶体的生长质量,得到的碲锌镉多晶中容易造成偏析,难以进行大批量生产。相比于现有技术,按照本发明的方法,在较低的温度下即可制备得到碲锌镉多晶,安全易控,节省能耗,有利于降低成本,且得到的碲锌镉多晶品质高、无偏析,而且可以实现单次大量合成,采用本申请的方法有利于进行大批量工业生产。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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