论文部分内容阅读
碲锌镉（Cadmium Zinc Telluride，Cd1-xZnxTe）晶体以其优异的光电特性，引起了越来越多的研究者的重视，其中Cd0.96Zn0.04Te晶体常被用于制作高性能碲镉汞红外探测器的衬底材料，尤其引人注目。但碲锌镉晶体生长中存在的生产成本高，制得晶体质量差、体积小等问题至今未能有效解决。移动加热器法（Travelling heater method，简称THM）作为一种低成本制备大体积、高质量单晶体的方法，有望解决上述难题。但THM生长碲锌镉晶体也存在生长速度低、工艺参数不成熟等问题。 为了解决上述问题，本文利用Marc有限元仿真模拟软件模拟研究了THM生长Cd0.96Zn0.04Te晶体的过程，探讨了坩埚材质、炉膛温度边界、生长速度、加速坩埚旋转技术（Accelerated crucible rotation technique，简称ACRT）等工艺参数的影响，并在此基础上对工艺参数进行了优选。主要研究内容如下： 模拟研究了石英、石墨两种材质坩埚对THM生长碲锌镉晶体的影响。通过比较其对碲溶剂区和籽晶区温度梯度、碲溶剂区可以达到的最高温度、固液界面形状的影响，并结合实际实验条件，决定优选内壁镀有一薄层碳膜的石英坩埚； 模拟研究了晶体最大生长半径与所需炉膛温度边界的关系。模拟结果表明：随着晶体生长半径的增加，施加的炉膛温度边界也需要相应地增加； 模拟研究了相同晶体生长半径下不同过热度对THM生长碲锌镉晶体的影响。通过对温度梯度、热流密度、固液界面形状的变化的比较研究，认为当THM生长R=20mm的碲锌镉晶体时过热约100K左右的炉膛温度边界是理想的； 模拟研究了生长速度对THM生长碲锌镉晶体的影响，并定性探讨了生长半径与生长速度的关系。通过不同生长速度对温度、温度梯度、热流密度、固液界面形状的影响的比较，认为当THM生长R=20mm的碲锌镉晶体时，4.6×10-5mm/s的生长速度较佳； 探讨了ACRT对THM生长碲锌镉晶体的温场和流场的影响。通过其对温度场、流场的影响的分析表明：施加ACRT能够增大碲熔区高度，增大晶体生长半径；梯形波ACRT的作用效果最佳，优化后的梯形波参数为最大转速60rpm，加/减速时间和平台匀速时间都为15s。