本发明属于ii-vi族化合物半导体材料制备领域，涉及一种碲镁镉单晶材料的制备方法。
背景技术：
x射线及γ射线探测器又称核辐射探测器，在医学成像、环境保护、工业监控、核安全检测、违禁品稽查以及天体物理研究等领域有着至关重要的作用。目前，半导体核辐射探测器材料主要集中于宽禁带、平均原子序数高的化合物半导体材料的研究。
碲镁镉(cdmgte)化合物半导体单晶材料具有高密度(5.83g/cm3)、高的平均原子序数(mg含量为5at％时为235.6)、高的有效质量(49.5)、高电阻率(>1010ω·cm)，优良的电子迁移率寿命乘积(>10-4cm2/v)。在cdte中使用少量mg就可获得理想的禁带宽度(cd0.95mg0.05te的禁带宽度达到了1.60ev)。因此，mg含量能够被最小化来获得所需要的禁带宽度，并引入较少的与组成有关的缺陷。mg在cdte中的分凝系数几乎接近1.0，这样就能确保mg在整个晶锭中的均匀分布。cdte的晶格常数
文献1(k.itoh,preparationandsomepropertiesofsolidsolutioncd1-xmgxte,journalofthephysicalsocietyofjapan,1967,22:1119)报道了cdmgte单晶用作p-n结电致发光二极管材料(该材料可激发出可见的红光)，并未用于辐射探测器材料。文献2(u.
技术实现要素：
本发明的第一个目的是提供一种碲镁镉单晶材料的制备方法，解决了现有的制备方法中cdmgte晶体尺寸小，又缺少晶体生长的关键信息的问题，还解决了te溶剂法对原料浪费较多，不利于降低成本的问题。
本发明的第二个目的是提供一种碲镁镉单晶材料，该单晶材料采用本发明的方法制备得到。
本发明的第三个目的是将得到的碲镁镉单晶材料用于制备核辐射探测器的应用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种碲镁镉单晶材料的制备方法，包括利用高温熔融法制备碲镁镉多晶料，再利用垂直布里奇曼法进行碲镁镉多晶料的晶体生长；
按照cd0.95mg0.05te的摩尔比，cd、mg和te为制备基础原料，其中的cd或者te过量填充，掺杂的元素为in；
垂直布里奇曼法的高温区的温度为1120～1150℃，低温区的温度为900～960℃，下降速率为0.5～1mm/h。
可选的，按照cd0.95mg0.05te的摩尔比，先在反应容器中加入cd、mg和te为制备基础原料，再添加过量的cd或者te填充反应容器。
可选的，按占制备基础原料的百分比计，所述的过量的cd的摩尔分数为0.1％，所述的过量的te的摩尔分数为0.5％～1.5％，所述的in的掺杂体积浓度为1～10ppm。
可选的，所述高温熔融法的真空度为5～6×10-5pa，温度为1100～1150℃。
可选的，所述的cd、mg和te的纯度分别为7n、5n和7n，所述的in的纯度为7n。
可选的，所述的垂直布里奇曼法的晶体生长时间为200～300h。
可选的，还对晶体生长后得到的单晶材料进行原位退火处理，所述原位退火的退火时间为120～240h，退火温度为800℃。
一种碲镁镉单晶材料，该材料采用所述的碲镁镉单晶材料的制备方法制备得到。
所述的碲镁镉单晶材料用于制备核辐射探测器的应用。
本发明与现有的方法相比，具有如下优点：
本发明采用改进的垂直布里奇曼法，实现无籽晶条件下晶体生长，有效避免了再次装料造成的污染。该法工艺简单，可生长大尺寸的晶体。本发明不仅适用于mg含量为5％的晶体的生长，也可用于不同mg含量的碲镁镉晶体的生长；同时，多晶料合成和晶体生长在一个坩埚内，避免了原料的污染。
附图说明
图1为晶体生长设备示意图；
图2为实施例1、2中cd0.95mg0.05te晶体的i-v测试结果；
图3为实施例1、2中cd0.95mg0.05te晶体的ir测试结果；
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
本发明的碲镁镉单晶材料的制备方法，包括利用高温熔融法制备碲镁镉多晶料，再利用垂直布里奇曼法进行碲镁镉多晶料的晶体生长即得；
制备原料包括：按照化学计量比，满足cd0.95mg0.05te的cd、mg和te为基础原料，在基础原料的基础上加入过量的cd或者过量的te，再掺杂in；现有的te溶剂法te过量非常多，比较浪费，而且原料还要提纯；本发明可以进行原料用量的精确计算，减少原料的浪费，同时简化了提纯的过程。
垂直布里奇曼法的高温区的温度为1120～1150℃，低温区的温度为900～960℃，下降速率为0.5～1mm/h。每种化合物半导体材料的合成温度都不一样，本发明给出的温度区域特别适用于cd0.95mg0.05te晶体。
以cd0.95mg0.05te为例，过量的cd的摩尔分数为0.1％，过量的te的摩尔分数为0.5％～1.5％，in的掺杂体积浓度为1～10ppm；
高温熔融法的真空度为5～6×10-5pa，温度为1100～1150℃。
cd、mg和te的纯度分别为7n、5n和7n，in的纯度为7n。
垂直布里奇曼法的晶体生长时间为200～300h。
还对晶体生长后得到的单晶材料进行原位退火处理，原位退火的退火时间为120～240h，退火温度为800℃。
结合图1，本发明的碲镁镉单晶材料的制备方法，包括如下步骤：
1.按照化学计量比，将满足cd0.95mg0.05te的高纯cd、mg和te原料(纯度分别为7n、5n和7n)，装入镀好碳膜的高纯石英坩埚(纯度为6n)内，再加入摩尔分数为0.1％的cd或者0.5～1.5％的过量te，最后加入体积浓度为1～10ppm的高纯金属in(纯度为7n)；
2.将装好料的石英坩埚用分子泵抽真空，当真空度达到5～6×10-5pa时，封接石英坩埚。将封接好的石英坩埚装入摇摆炉中合料，合料温度为1100～1150℃，保温48h后断电炉冷至室温，得到碲镁镉多晶料；
3.将装有多晶料的石英坩埚的支撑端装入两段式晶体生长炉中的支架上，设定好生长炉参数，采用改进的垂直布里奇曼法进行晶体生长。首先，炉体高温区和低温区经过15～20小时后分别升温到1120～1150℃和900～960℃，得到熔体并保温12h小时。然后，以0.5～1mm/h的速率使石英坩埚下降并同时旋转坩埚，碲镁镉晶体从坩埚底部开始生长。晶体生长200～300h后，上下炉同时以一定速率降温至上下炉均为800℃。最后，进行原位退火，退火120～240h后降温至500℃，关闭电源进行炉冷，得到碲镁镉单晶。
其实，本发明的晶体生长方法不仅适用于mg含量为5％的晶体的生长，也可用于不同mg含量的碲镁镉晶体的生长。现有技术中的方法制备得到的晶体的尺寸为直径18mm，长度不超过40mm。本发明的方法制备得到的晶体直径能达30mm，且长度可在100～130mm，且生长时间短；同时，辐射探测器的能量分辨率和载流子迁移率寿命乘积均比现有技术好，现有技术能量分辨率文献为12％左右，本发明制备的晶体的能量分辨率低于10％，载流子迁移率寿命乘积文献的10-4cm2/v数量级，本发明制备的晶体的在10-3cm2/v数量级。
下面结合具体实施例来对本发明进一步说明。
实施例1：
按照cd0.95mg0.05te的化学计量比，分别称取质量为146.1417g、1.7587g和184.3216g的高纯cd、mg和te单质原料，装入镀好碳膜的高纯石英坩埚内，再加入摩尔分数为0.1％的过量cd和体积浓度为10ppm的高纯金属in；将装好料的石英坩埚抽真空至5×10-5pa时，用氢氧焰封接；然后装入摇摆炉中1100℃合料并保温48h，得到碲镁镉多晶料；将装有多晶料的石英坩埚放入晶体生长炉中进行晶体生长；经过15小时，炉体高温区和低温区分别升温至1120℃和960℃并保温12h小时；旋转石英坩埚并以1mm/h的速率下降，晶体生长200h后，上下炉均降温至为800℃；原位退火120h后再次降温至500℃，关闭电源进行炉冷，得到碲镁镉单晶。
使用上述方法成功生长了直径为30mm，长度为100mm的cd0.95mg0.05te单晶，i-v测试表明电阻率为1.6×1010ω·cm(见图2)，ir测试表明红外透过率约为60％(见图3)。
实施例2：
按照cd0.95mg0.05te的化学计量比，分别称取质量为152.4787g、1.8312g和184.3216g的高纯cd、mg和te单质原料，装入镀好碳膜的高纯石英坩埚内，再加入摩尔分数为1％的过量te和体积浓度为5ppm的高纯金属in；将装好料的石英坩埚抽真空至6×10-5pa时，用氢氧焰封接；然后装入摇摆炉中1110℃合料并保温48h，得到碲镁镉多晶料；将装有多晶料的石英坩埚放入晶体生长炉中进行晶体生长；经过20小时，炉体高温区和低温区分别升温至1150℃和900℃并保温12h小时；旋转石英坩埚并以0.5mm/h的速率下降，晶体生长150h后，上下炉均降温至为800℃；原位退火240h后再次降温至500℃，关闭电源进行炉冷，得到碲镁镉单晶。
使用上述方法成功生长了直径为30mm，长度为130mm的cd0.95mg0.05te单晶，晶体电阻率为4.7×1010ω·cm(见图2)，ir测试表明红外透过率约为58％(见图3)。
以上所述实例仅用于说明本发明但并不限制本发明，本领域技术人员对本发明的方法所作的修改和改进，均应视为在本发明权利要求书确定的保护范围之内。