[发明专利]一种用于单晶生长的硒化锌多晶材料的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于光电材料领域，具体是一种用于单晶生长的硒化锌多晶材料的制备方 法。

二、背景技术

硒化锌(ZnSe)晶体是一种II-VI族宽禁带化合物半导体材料，由于其优秀的物理化 学性质，在蓝光半导体发光器件、非线性光电器件、核辐射探测器件和近紫外—可见 光探测器件方面具有重要的应用前景。由于硒化锌单晶体的生长对杂质十分敏感，目 前常用的硒化锌单晶的制备方法包括熔体法、高温溶液法、固相再结晶法和气相生长 法，这些方法均需要纯度高达99.999％以上的、符合化学计量比的硒化锌多晶原料。 而制备用于单晶体生长的硒化锌多晶粉体通常需要将等量高纯锌和硒置于反应器中， 于1000℃以上长时间反应，然后进行多次提纯备用，具有周期长、高成本特点。

三、发明内容

为克服现有技术中存在的制备时间长、成本高的不足，本发明提出了一种用于单 晶体生长的硒化锌多晶材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明的原料使用纯度均为99.999％以上的高纯块状锌和块状 硒，选用内径不超过20～30mm的管状电子级石英安瓿，并将石英安瓿水平置于管式 炉内，其制备过程包括以下步骤：

第一步，清洁安瓿。

清洁安瓿是将石英安瓿内壁进行去除杂质的过程，以便减少晶体中的杂质水平。 该步骤分3小步进行：

1.先用王水浸泡安瓿10～12小时，再用自来水冲洗至中性后用丙酮浸泡安瓿10～ 12小时，然用电阻率高于15MΩ·cm的超纯去离子水反复冲洗3～5次，从而去除安瓿 内的有机物污染和无机物杂质。

2.将清洗好的安瓿置于真空烘箱中，温度控制在120～130℃，时间3～5小时， 除去安瓿中的水蒸气，然后从安瓿底部到开口方向依次用流量比为H₂:O₂＝3:1的氢氧 焰火烤5分钟，使安瓿内部的难以去除的残余杂质在氢氧焰灼烤下蒸发去除。

3.氢氧焰火烤安瓿结束后，立即将安瓿在1250℃下保温20分钟进行退火，以便 消除氢氧焰火烤时产生的热应力。

第二步，装料并密封安瓿。

实施本步骤时，需加入体积浓度为3～12mg·cm^-3的反应促进剂。反应促进剂采用 I₂或Zn(NH₄)₃Cl₅或Zn(NH₄)₂Cl₄或NH₄Cl或ZnI₂，其纯度均为99.999％以上。其中采 用I₂反应促进剂时，为防止室温下I₂挥发，应在温度低于-20℃下密封安瓿。装料时， 将纯度均为99.999％的块状锌和块状硒按照摩尔比为(1.0～1.05)：1.0装入清洁后的 安瓿中，再装入反应促进剂；抽真空除去安瓿中的空气，当安瓿中气压降为5×10^-4～ 5×10^-3Pa时密封安瓿。

第三步，硒化锌多晶粉体制备。

将密封的安瓿水平静置于管式炉内，然后按300℃·h^-1升温至940～1000℃，保温 24～72小时。

第四步，降温。

待保温时间结束后，按30～50℃·h^-1的速率冷却至室温，在安瓿内产生大量亮黄 色硒化锌多晶粉体。

由于本发明所采取的技术方案降低了安瓿内的杂质，所制备的硒化锌多晶粉体材 料具有99.999％以上的纯度，组成成分锌/硒为1.0:(1.0～1.03)，接近理想化学计量比， 可直接用作硒化锌单晶体生长原料。同时，硒化锌多晶粉体材料制备过程一步完成， 保温时间短，产率高，无需提纯工艺，因而工艺简单，成本低，不仅适合于硒化锌多 晶粉体材料的制备，还能应用于其它高纯II-VI族化合物半导体多晶粉体材料的制备。

四、具体实施方式

实施例一

本实施例一步制备高纯硒化锌多晶粉体材料。

本实施例的原料采用99.999％的高纯块状锌和块状硒，选用内径为Φ20mm的管 状电子级高纯石英安瓿，并将石英安瓿水平置于管式炉内完成硒化锌粉体制备。其制 备过程包括以下步骤：

第一步，清洁安瓿：