Способ выращивания монокристаллов cd1-xznxte, где 0≤x≤1, на затравку при высоком давлении инертного газа - RU2015154711A

1. Способ выращивания кристаллов Cd_1-xZn_xTe, где 0≤х≤1, под высоким давлением инертного газа, в условиях осевого теплового потока вблизи фронта кристаллизации - методом ОТФ, с использованием фонового нагревателя и погруженного в расплав нагревателя (ОТФ-нагревателя) путем вытягивания тигля с расплавом в холодную зону со скоростью ν, при разных начальных составах шихты в зоне кристаллизации W₁ с толщиной слоя расплава h, и в зоне подпитки W₂, а также с использованием щупа (зонда) контроля момента плавления загрузки в зоне кристаллизации W₁ отличающийся тем, что для получения макро- и микрооднородных монокристаллов CZT заданной кристаллографической ориентации на дно тигля устанавливается монокристаллическая затравка состава Cd_1-xZn_xTe требуемой кристаллографической ориентации, по центру затравки устанавливается зонд и размещается шихта состав, которой обеспечивает, с учетом частичного плавления затравки и в соответствии с фазовой диаграммой состояния системы CdZnTe, рост монокристалла Cd_1-xZn_xTe при заданной толщине слоя расплава h в зоне кристаллизации W₁, затем устанавливается ОТФ нагреватель, над ОТФ нагревателем размещается шихта состава равного составу затравки, формируя зону подпитки W₂, затем ОТФ кристаллизатор с тиглем, затравкой, шихтой и ОТФ нагревателем с зондом устанавливается в ростовую печь, печь заполняется инертным газом и ОТФ кристаллизатор нагревается в печи в вертикальном градиенте температур до достижения момента опускания зонда вниз, в связи с началом плавления затравки, нагрев прекращается, а зонд перемещается вверх до уровня дна ОТФ нагревателя, система выдерживается в течение некоторого времени, контролируя с помощью зонда темп плавления затравки, после чего начинается рост кристалла путем вытягивания тигля вниз с заданной скоростью относительно неподвижного ОТФ нагревателя с зондом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для уменьшения влияния контактного теплового сопротивления между затравкой и тиглем затравка устанавливается в тигле с плоским полированным дном.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для исключения теплового напряжения в затравке при ее нагреве и для предотвращения затекания расплава между стенкой тигля и затравкой диаметр затравки выбирается размером меньше внутреннего диаметра тигля на величину разницы теплового расширения материала тигля и CZT при нагреве от комнатной температуры до температуры плавления затравки.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для уменьшения искажения температурного поля вблизи фронта плавления и формы фронта кристаллизации в ходе кристаллизации диаметр зонда выбирается величиной не более d/D = 0.2, где d - наружный диаметр зонда, D - внутренний диаметр тигля.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для предотвращения плавления затравки в процессе затравления высота затравки находится, в зависимости от диаметра тигля, в диапазоне H/D = 0.1-0.5, где H - высота затравки, D - диаметр тигля.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения высокого удельного сопротивления кристалл легируется In, Cl, Al Ga или другими легирующими примесями в зависимости от состава, типа проводимости и марки исходных материалов.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения однородного высокого удельного сопротивления в продольном направлении зона W₁ легируется примесью в соответствии с коэффициентом распределения с учетом частичного плавления затравки, а зона W₂ легируется примесью с концентрацией требуемой в растущем кристалле.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для предотвращения механического напряжения в затравке от действия теплового расширения зонда при нагреве ОТФ кристаллизатора в печи, зонд после установки ОТФ нагревателя в тигель поднимается вверх на величину, превышающую на 1 мм величину теплового расширения от нагрева ОТФ кристаллизатора в печи до температуры плавления затравки.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для предотвращения плавления затравки в процессе затравления вертикальный градиент температуры находится в диапазоне 8-70 град/см в зависимости от состава растущего кристалла и высоты затравки.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для уменьшения напряжений в затравке и появления в ней дислокаций в процессе нагрева темп нагрева в вертикальном градиенте температуры находится в диапазоне 10-50 град/час в зависимости от диаметра затравки.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для предотвращения плавления затравки в процессе нагрева вследствие инерционности печи, по достижении температуры на 10-20 градусов меньше температуры плавления затравки, темп нагрева уменьшается в 2-3 раза, в зависимости от высоты затравки и времени установления стационарного состояния,.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для уменьшения теплового воздействия зонда на форму фронта кристаллизации и перемешивание состава расплава вблизи фронта кристаллизации время контакта зонда с затравкой, после начала ее плавления, и растущим кристаллом находится в диапазоне 5-10 секунд.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для перемешивания расплава и установления стационарного состояния теплового и концентрационного полей, перед началом кристаллизации система выдерживается в течение 1-5 часов.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения качественных кристаллов скорость роста в зависимости от кристаллографической ориентации затравки, градиента температуры и состава находится в диапазоне 0.1-5 мм/час.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для управления формой фронта кристаллизации и уменьшения воздействия конвекционных потоков высокоплотного газа на область зоны роста W₁ используется дополнительная тепловая изоляция, играющую роль также адиабатической перегородки.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что создания плоской или слабовыпуклой формы фронта кристаллизации применяется двухсекционный ОТФ нагреватель в сочетании с низкотеплопроводным материалом.