[发明专利]一种制备锌组分可调且分布均匀的碲锌镉衬底的方法

说明书

本发明公开了一种制备锌组分可调且分布均匀的碲锌镉衬底的方法，本发明是采用真空高温热处理温场与源控制的衬底高温热处理工艺，并与衬底磨抛工艺相结合的设计，来实现碲锌镉衬底中Zn组分的成分设计和组分均匀性分布，从而有效解决现有碲锌镉衬底中Zn组分被动选择性即不可设计性和组分分布不均匀的问题。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种制备锌组分可调且分布均匀的碲锌镉衬底的方法。

背景技术

由于可实现晶格的完全匹配，碲锌镉晶体是碲镉汞外延薄膜的理想衬底材料，碲锌镉晶格常数与晶体中的Zn组分是息息相关的。常规方法制备的碲锌镉衬底中，Zn组分是分布不均匀的，这是由于碲锌镉晶体中Zn组分存在分凝，其分凝系数大于1，随着晶体生长过程进行，晶体中的Zn组分值逐渐减小，形成纵向组分不均，同时晶体生长时固液界面的非稳态存在，导致径向组分不均，另外碲锌镉晶体的非定向生长和切割则加重了纵向及径向组分不均，最终多因素作用，导致碲锌镉衬底中Zn组分分布不均匀，特别是大尺寸碲锌镉衬底的组分不均匀性偏差则更大，从而导致碲镉汞外延膜的晶格失配率增大，应力和位错增加，外延膜质量下降，影响组件出芯率，进而将导致大面阵高性能碲镉汞探测器的性能变差。

发明内容

本发明提供了一种制备锌组分可调且分布均匀的碲锌镉衬底的方法，以解决现有技术中碲锌镉衬底中Zn组分分布不均匀的问题。

第一方面，本发明提供了一种制备锌组分可调且分布均匀的碲锌镉衬底的方法，该方法包括：根据探测器的截止波长λ_co，确定碲镉汞外延膜的组分x，并计算出相应的晶格常数α_MCT，再依据晶格完全匹配即晶格常数相同的设计原则，确定碲锌镉衬底的晶格常数α_CZT，进而计算出碲锌镉衬底中的组分y；

基于所确定的碲锌镉衬底组分y，控制真空热处理的加热参数、加热位置以及Zn分压量，以使得碲锌镉晶体中的Zn组分达到所计算的碲锌镉衬底中的组分y的要求，且通过真空热处理温场控制得Zn组分分布均匀，最终使得制备出的碲锌镉衬底的晶格与碲镉汞外延薄膜的晶格实现完全匹配。

可选地，所述基于所确定的碲锌镉衬底组分y，控制真空热处理的加热参数、加热位置以及Zn分压量，以使得碲锌镉晶体中的Zn组分达到所计算的碲锌镉衬底中的组分y的要求，包括：

基于所确定的碲锌镉衬底组分y、真空热处理过程中Zn组分变化情况，控制真空热处理的加热参数、加热位置以及Zn分压量，以使得碲锌镉晶体中的Zn组分达到所计算的碲锌镉衬底中的组分y的要求；

其中，所述真空热处理过程中Zn组分变化公式为：C_Zn为真空热处理后碲锌镉衬底的Zn组分，Kc为衬底真空热处理组分常数，T₁为衬底所在位置的温度，T₂为真空热处理源温度，P_Zn为衬底所在位置的Zn分压，t为真空热处理恒温时间，d为衬底的等效球直径，L是真空热处理源与真空热处理衬底间的距离，H为距离衬底表面的深度。

可选地，所述方法还包括：基于Zn组分均匀性公式进一步调整真空热处理的加热参数以及Zn分压量，以使得碲锌镉晶体中的Zn组分达到所计算的碲锌镉衬底中的组分的均匀性要求；

所述Zn组分均匀性公式为：其中，S_Zn为真空热处理后碲锌镉衬底中的Zn组分均匀性，K_S为衬底真空热处理均匀性常数，ΔT_x为衬底所在位置的径向温度梯度，ΔT_y为衬底所在位置的纵向温度梯度，ΔP_Zn为衬底所在位置的Zn分压变化；t为真空热处理恒温时间，d为衬底的等效球直径，θ_x为衬底表面与衬底所处位置温场的径向等温线的夹角，θ_y为衬底表面与衬底所处位置温场的纵向等温线的夹角。

可选地，所述方法还包括：控制真空热处理后的碲锌镉衬底的加工工艺，以对碲锌镉衬底Zn组分进一步进行控制。