碲锌镉晶体生长技术的研究进展

［ ２ Ｊ Ｒ． Ｔ ｒ ｉ ｂ ｏ ｕ ｌ ｅ ｔ ， Ａ． Ｔ ｒ ｏ ｍｓ ｏ ｎ — Ｃ ａ ｒ ｌ ｉ ， Ｄ． Ｌ ｏ ｒ ａ ｎ ｓ ，Ｔ ． Ｎ ｇ ｕ ｙ ｅ ｎ Ｄ ｕ ｙ ， Ｊ ． Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ［ Ｊ ］ ． Ｍａ ｔ ｅ ｒ ． ２ ２（ １ ９ ９ ３ ） ８ ２ ７ ．
随着 凝 固的进 行 有 所 变化 ，所 以 晶体 中 Ｚ ｎ的偏 析
剧烈 ， 随着温度梯度 的增大 ， 在生长 中期 ， 界面凹向
固态 区 的趋 势减 小 ，界面 凹向 液态 区的趋 势 加 大 。
Ｌ ａ ｎ等【 ２ ｌ ｊ 研究认 为 ， Ａ Ｃ Ｒ Ｔ可使 区熔法晶体生长 过
程 的 凹界 面反转 为 凸界面 。
（ ２ ） 碲锌镉 晶体 和熔体 间的导热率 低 ， 从 而存
在 径 向温度 梯度 ， 导 致生 长 时 的固液 界面 为 凹界面 ， 不 利 于 自动排 杂 ， 使 得 径 向组分 不均 匀 。而且 ， 凹的
而且降低 了成本。严北平 、 刘家璐等【 ｌ ９ Ｊ 对Ｔ Ｈ Ｍ 法生 长碲镉汞晶体进行数值模拟 ，结果表明生长初始 阶 段， 生成 晶体的组分与熔区长度 、 温度分布等因素有 关。 马雁冰【 ２ ０ Ｊ 等对垂直 Ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｍ ａ ｎ 法生长碲锌镉晶体
引入 新 的工艺 条件 ，这 都是 未来 碲锌 镉 晶体 生 长研
究 的重点 。
低成本 、 更高效地制备大体积 、 高质量的碲锌镉单晶 体 。随着计算机技术的发展 ， 数值模拟在晶体生长 过程 中得到进一步 的应用 。减少了人为 的假设 ， 可 以更为精确 的进行 晶体生长过程温度场 、 对流场和
很难控制 ， 这是制约碲锌镉 晶体性能提高的重要因
素。
由于实 际 晶体生 长过 程 的复杂 性 ，数 值模 拟技 术 与实 际 的 晶体 生 长情况 存在 一定 的 差异 ，要完 全
（ ４ ） 碲锌镉 晶体的堆垛缺 陷（ 层错） 能很低 ， 在生
长 过程 中有 很多 因 素 （ 如 细微 的温 度波 动 ） 都 能 引起 孪 晶产生 。 同时 由于 其 ｌ 临界 切 应 力低 ， 在受 热应 力 作 用 或 受坩 埚 壁所 施 加 的应 力 作 用 时 ， 极 易 产 生位
进行 模 拟 ， 认 为生 长初 期 和末期 ， 固液界 面变化 比较
界面会使任何 自 发成核 向内生长， 容易产生挛 晶、 位 错等缺陷。另外 ， 由于石英 、 熔体 、 晶体三者在热导
率上存在差异 ， 造成热量传递和散热不均匀 ， 从而会
在晶体中产生较大的热应力。 （ ３ ） 碲锌镉 晶体 中 ｚ ｎ 组分的分凝系数较大 ， 且
深对各种生长碲锌镉单晶体技术 的认识 ， 相信这种
研 究方 法 必 将 引起 越 来越 多 的研 究 者 的重 视 ， 也 必
将更进一步推进生长出质量高 、 体积大的碲锌镉 晶
体。 ３ 数值 模拟 在碲 锌镉 晶体 生 长 中的应 用 研 究碲 锌镉 生 长方法 的主要 目标 就是 实现 以更
的研究进展 ［ Ｊ ］ ．海 军 医 学 杂 志 ， ２ ０ ０ ７ ， ２ ８（ ０ ４ ） ：
８
３ ７ ２ — ３ ７ ４ ．
ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ ｏ ｆ
和制备水平 ， 尽快缩小与发达 国家质检的差距 。 在晶 体材料方面 ， 组分均匀 、 缺陷密度低、 低成本 、 效率高
Baidu Nhomakorabea
是今后 的研究重点 ； 而晶体生长设备应 向体积小 、 生
长速度快 、 节能降耗等方 向发展。同时 ， 通过计算模 拟， 探索多工艺参数综合作用 ， 设计新 的生长系统 ，
～
的生长温度使得生长装置复杂化 、 稳定性差 ， 易于受
进展为晶体生长过程 的优化控 制奠定 了 良好的基 础。许多研究者开始用计算模拟的方法来探讨各工
艺参 数对 晶体 生 长 的影 响 ， 这不仅 缩 短 了研 究周 期 ，
到扰动而影响晶体 的生长 ， 并且此时安瓿材料的选
择 也受 限。
扩 散场 的计 算 ， 以及 成分偏 析 的预 测 ； 可 以模 拟 不 同
强制对流条件下 晶体生长过程 ， 包括坩埚加速旋转 技术（ Ａ Ｃ Ｒ Ｔ法 ） 、 电磁场作用等条件下 的多场耦合 过程 ； 可以进行晶体生长过程应力场 的计算 。这些
参考 文献
［ １ ］ 陆敏 ， 张建 国， 沈先荣． 碲锌镉半导体探测器
由于 碲锌 镉 晶体 生长 实验 成本 高 、 生长周 期 长 ， 数值 模拟 的方 法得 以发展 。模 拟计算 可 以更 容易 地
施加 理 想 化 的生 长参 数 ， 这也 更 有 利 于在 本 质 上 加
制备 ， 但 由于我国对碲锌镉 晶体 的研究起步较晚 ， 无
论 在 碲锌镉 生 长技 术还是 器 件应用 研究 上 ，都 与发 达 国家存 在较 大 的差距 。我 国应该 更加 重视 碲锌镉 晶体生 长 的理论 和应 用研 究 ，重视 提 高器件 的研 究
错。
有效的指导晶体生长过程 ，还需要进一步完善晶体
生长过 程 中的数 值模 拟技 术 。
４ 结束语
碲锌镉晶体是一种应用广泛 、极有前途的新兴
光 电材料 ， 一 些发 达 国家如 美 国 、 法国、 加拿 大 、 日本 等 在 碲锌 镉 晶体 生 长 上取 得 了不 少 的研究 成 果 ， 制 备 了大 体积 的单 晶体 并进 行 了高性 能器 件 的研 究 和
［ ３ １ Ｋ Ｓ ａ ｔ ｏ ， Ｙ． Ｓ ｅ ｋ ｉ ， Ｙ． Ｍａ ｔ ｓ ｕ ｄ ａ ， Ｏ． Ｏ ｄ ａ ， Ｊ ． Ｃ ｙｓ ｒ ｔ ａ ｌ Ｇ ｒ ｏ ｔｈ ｗ １ ９ ７（ １ ９ ９ ９ ） ４ １ ３ ．