碲镓银单晶体的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于1-1I1-VI2族半导体材料制备领域，特别是涉及一种碲镓银单晶体的制备方法。
【背景技术】
[0002]半导体核辐射探测器在安检、工业探伤、医学诊断、天体X射线望远镜、基础学科研究等领域具有广泛的应用前景。
[0003]文南犬I “Alan Owens,A.Peacock,Compound Semiconductor Radiat1n Detectors[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 2004,531，18-37”报道了硅用于核辐射探测器，但碲镓银与硅相比，平均原子序数高，对射线有更高的阻止本领，株测效率1? O
[0004]文南犬2“Gmelin’s Handbuch der anorganischen Chemie，Verlag Chemie GmbHWeinheim.Bergstrasse，5nd Edit1n.Silber，TeiI B3，1973”报道了Ag〗Te具有很高的电子迀移率，所以推测碲镓银也具有很高的电子迀移率，能够提高探测器的能量分辨率;与高纯Ge相比，碲镓银具有较大的禁带宽度，根据文献“Aravinth KjAnandha Babu GjRamasamyP.SiIver gallium telluride(AgGaTe2)single crystal: Synthesis,acceleratedcrucible rotat1n—Bridgman growth and characterizat1n.Materials Science inSemiconductor Processing.2014，24，44-49”报道碲镓银的禁带宽度在1.8ev，保证探测器在室温下工作时，具有较高的电阻率和较低的漏电流;同GaTe等半导体相比，碲镓银具有易切削加工等特点，确保了器件性能的稳定性。
[0005]文南犬3“Aravinth KjAnandha Babu GjRamasamy P.Silver gallium telluride(AgGaTe2)single crystal: Synthesis，accelerated crucible rotat1n-Bridgmangrowth and characterizat1n.Materials Science in Semi conductorProcessing.2014，24，44-49”公开了一种AgGaTe2的制备方法，该方法采用在500°C到745°C之间反复加热合料的方法制备多晶料，生长单晶时加热到745°C，之后在3°C/cm的温场处以5_/day的速度生长晶体，具体的结晶温度和保温时间等未给出详细介绍。
[0006]文献4“A.Burger，J.-0.Ndap,Y.Cui,U.Roy，S.Morgan，K.Chattopadhyay，X.Ma，K.Faris，S.Thibaud，R.Miles，H.Mateen，J.T.Goldstein，C.J.Rawn,Preparat1n andthermophysical properties of AgGaTe2crystals,Journal of Crystal Growth,2001,225(2-4)，505-511”采用籽晶法生长AgGaTe2单晶，设定2-3°C/cm的温场，但籽晶法较为繁琐。
[0007]上述文献公开的温场均较小难以生长出单晶，且缺少关键信息。
【发明内容】
[0008]为了克服现有碲镓银晶体的方法实用性差的不足，本发明提供一种碲镓银单晶体的制备方法。该方法首先将高纯原料碲镓银加热到银的熔点，使碲镓银三种原料充分熔化反应，转动炉体使反应充分进行，之后以一定的速率降温到凝固点，断开炉体开关，以炉冷速率降温到室温。然后将合成的多晶料放入布里奇曼法生长炉中，以一定的加热，并过热保温一段时间后，在温场为10-15°C/cm，结晶温度为712°C处开始生长，生长完成后在670-680°C停留一段时间，进行原位退火，之后以5°C/h的冷却速率降到室温。由于在制备多晶料时，采用加热到银的熔点温度来实现晶体的合成，转动炉体促进反应合成，从而降低反应时间；生长单晶时采用10-15°C/cm的温场，成分过冷促进了碲镓银单晶的生长。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种碲镓银单晶体的制备方法，其特点是包括以下步骤:
[0010]步骤一、按照摩尔比1:1: 2分别将纯度为99.9999%的银、镓和碲单质原材料装入到干燥洁净的石英坩祸中，轻摇石英坩祸，使银、镓和碲单质原材料分布均匀。
[0011]步骤二、对装料的石英坩祸抽真空，石英坩祸真空度达到4X10—5Pa时封接。
[0012]步骤三、将封接后的石英坩祸放入高温摇摆合料炉中，在400?450°C的低温区，采用70?100°C/h的加热速率，加热到450°C时保温3?5小时，在450?960°C的中温区，采用40?50 °C/h的加热速率，加热到960 °C时保温，开启合料炉转动开关，以3rpm速率匀速转动3?5小时，之后保温3?5小时后降温。
[0013]步骤四、降温时，采用40?50°C/h的速率，达到凝固温度712°C直接断电，让晶体随炉冷却到室温，得到多晶料。
[0014]步骤五、将步骤四得到的多晶料加工成小块颗粒，装入干燥洁净的石英坩祸中，使颗粒均匀分布在石英坩祸中。
[0015]步骤六、对装好多晶料的石英坩祸抽真空，石英坩祸真空度达到4X 10—5Pa时封接。
[0016]步骤七、将封接的石英坩祸装入晶体炉中预设位置，之后加热两段炉，上炉预设温度750°C，下炉预设温度7000C，加热速率80?100°C/h，达到过热温度745°C后保温10?15小时。
[0017]步骤八、以石英坩祸下降速率0.4?0.5mm/h，在温场为10?15°C/cm，结晶温度为712°C处开始生长，生长240小时后，将上下炉温度设为一致，均为670?680°C，使晶体在此温度退火20h，之后以5°C/h的速率降温到室温，得到碲镓银单晶体。
[0018]本发明的有益效果是:该方法首先将高纯原料碲镓银加热到银的熔点，使碲镓银三种原料充分熔化反应，转动炉体使反应充分进行，之后以一定的速率降温到凝固点，断开炉体开关，以炉冷速率降温到室温。然后将合成的多晶料放入布里奇曼法生长炉中，以一定的加热，并过热保温一段时间后，在温场为10-15°C/cm，结晶温度为712°C处开始生长，生长完成后在670-6800C停留一段时间，进行原位退火，之后以5°C/h的冷却速率降到室温。由于在制备多晶料时，采用加热到银的熔点温度来实现晶体的合成，转动炉体促进反应合成，从而降低反应时间；生长单晶时采用10-15°C/cm的温场，成分过冷促进了碲镓银单晶的生长。
[0019]下面结合【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【具体实施方式】
[0020]实施例1:
[0021]步骤一、按照摩尔比1:1: 2分别将纯度为99.9999%的银、镓和碲单质原材料装入到干燥洁净的石英坩祸中，轻摇石英坩祸，使银、镓和碲单质原材料分布均匀。
[0022]步骤二、对装料的石英坩祸抽真空，石英坩祸真空度达到4X10—5Pa时封接。