ACRT对移动加热器法碲锌镉单晶体生长过程的影响

与Bridgman晶体生长等方法相比，采用熔剂的移动加热器法（THM）具有显著降低晶体生长温度、组份偏析受到显著拟制、容易利用籽晶等优点。由于生长速率受熔体中溶质扩散速率限制，其生长速率很低，晶体尺寸受到限制。本研究拟将坩埚加速旋转技术(ACRT)用于熔剂法碲锌镉（CZT）之THM晶体生长过程，利用ACRT引起的强迫对流强化、改善THM过程的换热与传质。利用计算模拟研究ACRT强迫对流对熔体中的传热、传质的影响机制，分析对流、换热与传质对固液界面形状、晶体组份偏析等的影响，研究ACRT强迫对流对晶体生长速率、所能制备晶体的最大直径的影响。利用晶体生长实验研究ACRT强迫对流对晶体组份偏析、位错密度与沉淀相的影响，探索ACRT参数与晶体生长速率、晶体最大直径的关系。提高THM-CZT晶体生长速率2-4倍，制备直径2英寸以上CZT优质单晶体。

与Bridgman晶体生长等方法相比，移动加热器法具有显著降低晶体生长温度、组份偏析受到显著拟制、容易利用籽晶等优点。本研究将坩埚加速旋转技术(ACRT)用于熔剂法碲锌镉（CZT）之THM晶体生长过程。计算模拟了CZT的Non-ACRT-THM晶体生长过程和ACRT-THM晶体生长过程，研究了ACRT对熔体中对流和传热的影响，分析了对流、换热对固液界面温度梯度和形状的影响。分别利用Non-ACRT-THM法和ACRT-THM法制备了CZT单晶体晶锭。计算结果表明：与石墨坩埚相比，石英坩埚可以获得较高的固液界面温度梯度和较平坦的固液界面。随着坩埚半径的增加，与溶剂区对应的边界最高温度需要相应的增加，防止溶剂区外缘熔化过热而心部未熔化的“热不透”现象。随着边界最高温度的增加，固液界面，特别是晶体与溶剂的界面温度梯度急剧提高，而且该界面由凹向凸转变。当生长速率成倍数增长时，晶体-溶剂界面的温度梯度明显减小，而多晶料-溶剂界面的温度梯度急剧提高，晶体-溶剂固液界面由平坦向凹陷转变。当坩埚半径增加时，固液界面的温度梯度变化较小，但是晶体-溶剂固液界面由平坦向凸转变。Non-ACRT-THM的自然对流与ACRT对流从形态和强度上均具有显著的不同。前者为一呈“8”字形的稳态对流，后者为一个形态和强度周期性变化的非稳态对流；后者的强度较前者高出2~3个数量级。坩埚的恒速旋转对于固液界面的温度梯度和界面形状鲜有影响；三角形波形 ACRT影响也较小；ACRT梯形波能显著增强了熔体中的换热，提高了溶剂区的温度均匀性，从而提高了晶体-熔体界面的温度梯度，减小了溶剂区的径向温度梯度。当坩埚半径增加时，ACRT对流的图样变得复杂。特别是在减速阶段，对流花样由2个对流胞变成3个对流胞。可以推测相同ACRT波形参数下，大直径坩埚内部对流的影响效果更加显著。ACRT梯形波参数的变化,例如最大转速、加速时间、恒速时间、减速时间等都可显著影响对流的强度或样式。与Bridgman法晶锭相比，THM法晶锭的成材率有较大提高；位错密度显著降低；沉淀相的密度明显降低，Ф10μm以上的沉淀相显著减少。当施加ACRT时，生长速度提高一倍，所得晶体质量没有明显变化。 THM法生长晶体轴向上Zn的偏析系数为1.1~1.25，远小于Bridgman法的偏析系数（1.3~1.45）。