CdS單晶生長方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種CdS單晶生長方法及裝置，該方法包括：將CdS單晶籽晶置于拋光片上，然后將該拋光片放置在支撐臺上；將CdS粉料和低阻摻雜劑放入坩堝內，所述坩堝放置在位于所述支撐臺上的反應管內，所述反應管的外側設有外管；所述外管設在加熱爐內，將所述反應管內抽真空，并向所述反應管內通入載氣；將生長區(qū)溫度升至950-1015度，源區(qū)溫度升至1000-1055度，進行CdS單晶生長，生長結束后，將爐內溫度降至室溫，取出生長后的CdS單晶；該裝置包括：拋光片、支撐臺、坩堝、反應管、外管和加熱爐。本發(fā)明通過調控生長區(qū)和源區(qū)的溫度，從而控制CdS單晶生長速度，近而使CdS單晶產生較小的應力，獲得質量較高的大尺寸CdS單晶。
【專利說明】CdS單晶生長方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體材料領域，尤其涉及一種CdS單晶生長方法及裝置。
【背景技術】
[0002]硫化鎘(CdS)單晶是直接躍遷型I1-VI族化合物半導體，它是一種較好的窗口材料和過渡層材料，常用來制作光化學催化、半導體器件、發(fā)光器件、激光和光敏傳感器。同時，該材料還具有高效的紅外透過和紫外感受靈敏的特性，是制作紅外/紫外雙色疊層制導探測器的首選材料，具有重要的軍事應用前景和地位。
[0003]氣相運輸法(PVT法)是制備CdS單晶材料的主要方法之一，該方法原理是:CdS粉末在高溫源區(qū)進行升華，經輸運后到達低溫生長區(qū)進行凝華，形成單晶生長。但現有的PVT法生產的CdS單晶晶體內部存在較大應力，造成后期加工成品率低，影響單晶晶錠質量。

【發(fā)明內容】

[0004]鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種CdS單晶生長方法及裝置，用以解決現有技術中CdS單晶晶體內部存在較大應力，造成后期加工成品率低的問題。
[0005]本發(fā)明的目的主要是通過以下技術方案實現的:
[0006]一種CdS單晶生長方法，包括:
[0007]將CdS單晶籽晶置于拋光片上，然后將該拋光片放置在支撐臺上；
[0008]將CdS粉料和低阻摻雜劑放入坩堝內，所述坩堝放置在位于所述支撐臺上的反應管內，所述反應管的外側設有外管；
[0009]所述外管設在加熱爐內，將所述外管內抽真空，并向所述外管內通入載氣；
[0010]將生長區(qū)溫度升至950-1015度，源區(qū)溫度升至1000-1055度，進行CdS單晶生長；[0011 ]生長結束后，將爐內溫度降至室溫，取出生長后的CdS單晶。
[0012]優(yōu)選地，所述拋光片和所述支撐臺采用石英、藍寶石或碳化硅材料制成。
[0013]優(yōu)選地，所述反應管和所述外管采用石英材料制成。
[0014]優(yōu)選地，所述低阻摻雜劑包括In、Zn和Cd中的一種或多種混合物。
[0015]優(yōu)選地，所述載氣為高純的惰性氣體，所述反應管內的壓強為100-800毫帕。
[0016]優(yōu)選地，所述生長區(qū)與源區(qū)的溫度差為10-50度。
[0017]優(yōu)選地，所述生長區(qū)與源區(qū)的溫度差為15度。
[0018]本發(fā)明還提供了一種CdS單晶生長裝置，該裝置包括:
[0019]拋光片，用于放置CdS單晶籽晶；
[0020]支撐臺，用于放置所述拋光片；
[0021]坩堝，用于盛放CdS粉料和低阻摻雜劑；
[0022]反應管，用于套在裝入CdS粉料和低阻摻雜劑的所述坩堝和所述CdS單晶籽晶的外側；
[0023]外管，用于套在所述反應管和所述支撐臺的外圍，抽真空后通入載氣，；[0024]加熱爐，用于對反應管進行加熱，將生長區(qū)溫度升至950-1015度，源區(qū)溫度升至1000-1055度，進行CdS單晶生長。
[0025]優(yōu)選地，所述支撐臺為圓柱形，其高度為20-150毫米，直徑為20-80毫米，且與拋光片的接觸面為拋光面。
[0026]優(yōu)選地，所述拋光片的上下兩個表面為拋光面。
[0027]本發(fā)明有益效果如下:
[0028]本發(fā)明提供的一種CdS單晶生長方法及裝置，由于所述支撐臺和拋光片采用石英、藍寶石或碳化硅材料制成，使CdS單晶的熱量通過拋光片和支撐臺傳導到外側，CdS單晶的徑向溫度梯度較大，利于CdS單晶在徑向上生長，通過調控生長區(qū)和源區(qū)的溫度，從而控制CdS單晶生長速度，近而使CdS單晶產生較小的應力，還能有效的控制籽晶本身的缺陷、小角晶界等的遺傳，從而獲得質量較高的大尺寸CdS單晶。
[0029]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明實施例1的CdS單晶生長方法的流程圖；
[0031]圖2為本發(fā)明實施例2的CdS單晶生長方法的流程圖；
[0032]圖3為本發(fā)明實施例3的CdS單晶生長裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，并與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。
[0034]實施例1
[0035]本發(fā)明實施例提供了一種CdS單晶生長方法，參見圖1，該方法包括:
[0036]SlOl將CdS單晶籽晶置于拋光片上，然后將該拋光片放置在支撐臺上；
[0037]采用拋光片可以方便取放所述CdS單晶，并簡化了每次CdS單晶生長后對支撐臺的處理操作。
[0038]S102、將CdS粉料和低阻摻雜劑放入坩堝內，所述坩堝放置在位于所述支撐臺上的反應管內，所述反應管的外側設有外管；
[0039]S103、所述外管設在加熱爐內，將所述外管內抽真空，并向所述外管內通入載氣；
[0040]S104、將生長區(qū)溫度升至950-1015度，源區(qū)溫度升至1000-1055度，進行CdS單晶生長;
[0041]S105、生長結束后，將爐內溫度降至室溫，取出生長后的CdS單晶。 [0042]本發(fā)明實施例提供的一種CdS單晶生長方法，由于所述支撐臺和拋光片采用石英、藍寶石或碳化硅材料制成，使CdS單晶的熱量通過拋光片和支撐臺傳導到外側，CdS單晶的徑向溫度梯度較大，利于CdS單晶在徑向上生長，再通過調控生長區(qū)和源區(qū)的溫度，從而控制CdS單晶生長速度，近而使CdS單晶產生較小的應力，還能有效的控制籽晶本身的缺陷、小角晶界等的遺傳，從而獲得質量較高的CdS單晶。[0043]實施例2
[0044]本發(fā)明實施例提供了一種CdS單晶生長方法，參見圖2，該方法包括:
[0045]S201、將CdS單晶籽晶置于拋光片上，然后將該拋光片放置在支撐臺上；
[0046]本發(fā)明實施例的CdS單晶籽晶的直徑大于等于5mm。
[0047]S202、將CdS粉料和低阻摻雜劑放入坩堝內，所述坩堝放置在位于所述支撐臺上的反應管內，所述反應管的外側設有外管；
[0048]所述拋光片和所述支撐臺采用石英、藍寶石或碳化硅材料制成，使CdS單晶的熱量通過拋光片和支撐臺傳導到外側，CdS單晶的徑向溫度梯度較大，利于CdS單晶在徑向上生長。
[0049]所述反應管和所述外管采用石英材料制成。
[0050]所述低阻摻雜劑包括In、Zn和Cd中的一種或多種混合物。
[0051]坩堝與CdS單晶籽晶的距離保持在5-20厘米，該距離范圍能有效保證源區(qū)和生長區(qū)溫度的調整，距離太大，就需要更大的反應管、外管以及加熱爐的控件；距離過小，不能有效的保證源區(qū)和生長區(qū)溫度差，從而不能有效的保證氣相運輸方法的實現。
[0052]S203、所述外管 設在加熱爐內，將所述外管內抽真空，并向所述外管內通入載氣，所述載氣為高純的惰性氣體，所述反應管內的壓強為100-800毫帕；
[0053]S204、將生長區(qū)溫度升至950-1015度，源區(qū)溫度升至1000-1055度，進行CdS單晶生長，所述生長區(qū)與源區(qū)的溫度差為10-50度；
[0054]在該溫度差范圍內，既能保證源區(qū)即坩堝內CdS能升華，又能保證在生長區(qū)即CdS單晶的籽晶區(qū)上CdS能進行沉積，而且在該溫度差范圍內CdS單晶的生長速度不會太快，產生的應力較小，還能通過溫度控制籽晶本身的缺陷、小角晶界等的遺傳。實驗測得所述生長區(qū)與源區(qū)的溫度差為15度時，CdS單晶既能夠得到很好的生長，且其內部產生的應力很小。
[0055]S205、生長結束后，將爐內溫度降至室溫，取出生長后的CdS單晶。
[0056]本發(fā)明實施例提供的一種CdS單晶生長方法，由于所述支撐臺和拋光片采用石英、藍寶石或碳化硅材料制成，使CdS單晶的熱量通過拋光片和支撐臺傳導到外側，CdS單晶的徑向溫度梯度較大，利于CdS單晶在徑向上生長，而且生長區(qū)與源區(qū)的溫度差為10-50度。在該溫度差范圍內，既能保證源區(qū)即坩堝內CdS能升華，又能保證在生長區(qū)即CdS單晶的籽晶區(qū)上CdS能進行沉積，而且在該溫度差范圍內CdS單晶的生長速度不會太快，產生的應力較小，還能通過溫度控制籽晶本身的缺陷、小角晶界等的遺傳，從而獲得質量較高的CdS單晶。
[0057]實施例3
[0058]本發(fā)明實施例提供一種CdS單晶生長裝置，參見圖3，該裝置包括:
[0059]拋光片31，用于放置CdS單晶籽晶30 ；
[0060]所述拋光片的上下兩個表面為拋光面，采用拋光片可以方便取放所述CdS單晶，并省去了每次CdS單晶生長后對支撐臺的處理操作。
[0061]支撐臺32，用于放置所述拋光片；
[0062]所述支撐臺為圓柱形，其高度為20-150毫米，直徑為20-80毫米，且與拋光片的接觸面為拋光面。
[0063]其中，由于所述支撐臺和拋光片采用石英、藍寶石或碳化硅材料制成，使CdS單晶的熱量通過拋光片和支撐臺傳導到外側，CdS單晶的徑向溫度梯度較大，利于CdS單晶在徑向上生長。
[0064]坩堝33，用于盛放CdS粉料和低阻摻雜劑；
[0065]反應管34用于盛放所述裝入CdS粉料和低阻摻雜劑的坩堝和CdS單晶籽晶；
[0066]其中，所述低阻摻雜劑包括In、Zn和Cd中的一種或多種混合物。
[0067]反應管內生長區(qū)和源區(qū)的溫度差為10-50度，在該溫度差的范圍內能夠控制CdS單晶生長速度，近而使CdS單晶產生較小的應力，還能有效的控制籽晶本身的缺陷、小角晶界等的遺傳，從而獲得質量較聞的CdS單晶。
[0068]外管35，用于套在所述反應管和所述支撐臺的外圍，抽真空后通入載氣；
[0069]加熱爐36，用于對反應管進行加熱，將生長區(qū)溫度升至950-1015度，源區(qū)溫度升至1000-1055度，進行CdS單晶生長。
[0070]本發(fā)明實施例提供的一種CdS單晶生長裝置，由于所述支撐臺和拋光片采用石英、藍寶石或碳化硅材料制成，使CdS單晶的熱量通過拋光片和支撐臺傳導到外側，CdS單晶的徑向溫度梯度較大，利于CdS單晶在徑向上生長，再通過調控生長區(qū)和源區(qū)的溫度，從而控制CdS單晶生長速度，近而使CdS單晶產生較小的應力，還能有效的控制籽晶本身的缺陷、小角晶界等的遺傳，從而獲得質量較高的CdS單晶。
[0071]綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種CdS單晶生長方法及裝置，至少能帶來以下一種有益效果:
[0072]1)本發(fā)明實施例提供的一種CdS單晶生長方法及裝置，由于所述支撐臺和拋光片采用石英、藍寶石或碳化硅材料制成，使CdS單晶的熱量通過拋光片和支撐臺傳導到外側，CdS單晶的徑向溫度梯度較大，利于CdS單晶在徑向上生長，獲得大尺寸CdS單晶材料，且CdS單晶產生的應力較?。?br> [0073]2)本發(fā)明實施例提供的一種CdS單晶生長方法及裝置，生長區(qū)與源區(qū)的溫度差為10-50度，在該溫度差范圍內，既能保證源區(qū)即坩堝內CdS能升華，又能保證在生長區(qū)即CdS單晶的籽晶區(qū)上CdS能進行沉積，而且在該溫度差范圍內CdS單晶的生長速度不會太快，產生的應力較小，還能通過溫度控制籽晶本身的缺陷、小角晶界等的遺傳，從而獲得質量較高的CdS單晶。
[0074]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種CdS單晶生長方法，其特征在于，包括: 將CdS單晶籽晶置于拋光片上，然后將該拋光片放置在支撐臺上； 將CdS粉料和低阻摻雜劑放入坩堝內，所述坩堝放置在位于所述支撐臺上的反應管內，所述反應管的外側設有外管； 所述外管設在加熱爐內，將所述外管內抽真空，并向所述外管內通入載氣； 將生長區(qū)溫度升至950-1015度，源區(qū)溫度升至1000-1055度，進行CdS單晶生長； 生長結束后，將爐內溫度降至室溫，取出生長后的CdS單晶。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述拋光片和所述支撐臺采用石英、藍寶石或碳化硅材料制成。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述反應管和所述外管采用石英材料制成。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述低阻摻雜劑包括In、Zn和Cd中的一種或多種混合物。
5.根據權利要求1-4任意一項所述的方法，其特征在于，所述載氣為高純的惰性氣體，所述反應管內的壓強為100-800暈帕。
6.根據權利要求1-4任意一項所述的方法，其特征在于，所述生長區(qū)與源區(qū)的溫度差為10-50度。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述生長區(qū)與源區(qū)的溫度差為15度。`
8.—種CdS單晶生長裝置，其特征在于，包括: 拋光片，用于放置CdS單晶籽晶； 支撐臺，用于放置所述拋光片； 坩堝，用于盛放CdS粉料和低阻摻雜劑； 反應管，用于套在裝入CdS粉料和低阻摻雜劑的所述坩堝和所述CdS單晶籽晶的外側； 外管，用于套在所述反應管和所述支撐臺的外圍，抽真空后通入載氣； 加熱爐，用于對反應管進行加熱，將生長區(qū)溫度升至950-1015度，源區(qū)溫度升至1000-1055度，進行CdS單晶生長。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述支撐臺為圓柱形，其高度為20-150毫米，直徑為20-80毫米，且與拋光片的接觸面為拋光面。
10.根據權利要求8或9所述的裝置，其特征在于，所述拋光片的上下兩個表面為拋光面。
【文檔編號】C30B23/02GK103668444SQ201210359321
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月24日 優(yōu)先權日:2012年9月24日
【發(fā)明者】程紅娟, 徐永寬, 史月增, 李暉, 張嵩, 楊丹丹 申請人:中國電子科技集團公司第四十六研究所