本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種碲鋅鎘多晶的制備方法。

背景技術：

碲鋅鎘晶體(英文名稱為cadmium zinc telluride，簡寫為CZT)是由第ⅡB～ⅣA族元素組成的寬禁帶化合物半導體，具有閃鋅礦結構，隨著Zn組分含量的變化，其生長溫度從1092～1295℃之間變化，是一種性能優異的紅外晶體材料，被廣泛用于紅外探測器的外延襯底和室溫核輻射探測器等。碲鋅鎘晶體還以其優異的光電性能而在核工業、軍事、醫學、環境、光伏發電、天體物理等方面有著重要的應用前景，成為一種極具工程意義和戰略意義的功能材料。因此，碲鋅鎘晶體材料的制備便具有十分重要的意義。

而碲鋅鎘晶體本身生長難度大，導致制備碲鋅鎘晶體成為一項高難技術，目前，制備碲鋅鎘多晶主要采用的方法是將碲、鋅、鎘單質混合，進行合成反應，而合成反應需要在高溫條件下(通常為1092～1295℃)進行才能滿足晶體生長的需求，這種合成方法容易造成原料器皿炸裂，既不安全，還浪費原料，成本較高，同時，這種高溫合成方法穩定性差、不易控，容易影響晶體的生長質量，得到的碲鋅鎘多晶中容易造成鋅的偏析，難以進行大批量生產。

技術實現要素：

本發明提供了一種碲鋅鎘多晶的制備方法，按照本申請的制備方法，在較低的溫度下即可制得碲鋅鎘多晶，安全易控，便于批量生產，且得到的碲鋅鎘多晶中無偏析。

本發明提供了一種碲鋅鎘多晶的制備方法，包括以下步驟：

A)將碲化鎘粉體與碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體；

B)在真空條件下，將所述混合粉體升溫至600～750℃，保溫，加壓，得到第一燒結體；

C)對所述第一燒結體進行一次降溫，卸壓，再進行二次降溫，得到碲鋅鎘多晶。

優選的，所述碲化鎘粉體與所述碲化鋅粉體的質量比為5：(0.03～0.8)。

優選的，所述碲化鎘粉體的粒度小于100目；所述碲化鋅粉體的粒度小于100目。

優選的，所述步驟B)中，所述真空的真空度小于5Pa，所述升溫的速率為3～5℃/min，所述保溫的時間為1～2h。

優選的，所述步驟B)中，在開始保溫10～30min后進行加壓；所述加壓的壓強為10～20MPa，時間為10～30min；在所述加壓后進行保溫降壓。

優選的，所述步驟C)中，所述一次降溫為降溫至530～560℃。

優選的，所述步驟C)具體包括：

C1)對所述第一燒結體進行一次降溫，卸壓，再進行二次降溫，得到碲鋅鎘材料；

C2)在真空條件下，將所述碲鋅鎘材料升溫至600～750℃，保溫，加壓，得到第二燒結體；

C3)對所述第二燒結體進行一次降溫，卸壓，再進行二次降溫，得到碲鋅鎘多晶。

優選的，所述步驟C2)中，所述真空的真空度小于5Pa，所述升溫的速率為5～12℃/min，所述保溫的時間為3～5h。

優選的，所述步驟C2)中，在開始保溫10～30min后進行加壓；所述加壓的壓強為25～35MPa，時間為30～50min；在所述加壓后進行保溫降壓。

優選的，所述步驟C3)中，所述一次降溫為降溫至530～560℃。

與現有技術相比，本發明提供了一種碲鋅鎘多晶的制備方法，包括：A)將碲化鎘粉體與碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體；B)在真空條件下，將所述混合粉體升溫至600～750℃，保溫，加壓，得到第一燒結體；C)對所述第一燒結體進行一次降溫，卸壓，再進行二次降溫，得到碲鋅鎘多晶。采用本發明的方法，在較低的溫度下即可制備得到碲鋅鎘多晶，安全易控，節省能耗，有利于降低成本，且得到的碲鋅鎘多晶品質高、無偏析，采用本申請的方法有利于進行大批量生產。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明提供了一種碲鋅鎘多晶的制備方法，包括以下步驟：

A)將碲化鎘粉體與碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體；

B)在真空條件下，將所述混合粉體升溫至600～750℃，保溫，加壓，得到第一燒結體；

C)對所述第一燒結體進行一次降溫，卸壓，再進行二次降溫，得到碲鋅鎘多晶。

按照本發明，首先將碲化鎘粉體與碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體。

本發明中，所述碲化鎘粉體和碲化鋅粉體的來源無特殊限制，為一般市售即可。所述碲化鎘粉體的粒度優選小于100目；所述碲化鋅粉體的粒度優選小于100目。所述碲化鎘粉體與碲化鋅粉體的質量比優選為5:(0.03～0.8)，在本發明的某些實施例中，所述質量比可以為5:0.03、5:0.05或5:0.8等。本發明中，將碲化鎘粉體與碲化鋅粉體混合的方式沒有特殊限制，能夠將粉體原料混合均勻即可，如可以通過機械攪拌等方式來混合原料，得到混合粉體。

按照發明，在得到混合粉體后，在真空條件下，將所述混合粉體升溫至600～750℃，保溫，加壓，得到第一燒結體。

本發明中，在得到混合粉體后，優選抽真空至小于5Pa，在該真空條件下，對混合粉體升溫，所述升溫的速率優選為3～5℃/min，在本發明的某些實施例中，所述升溫的速率可以為3℃/min、4℃/min或5℃/min等。

本發明優選升溫至600～750℃，更優選為680～750℃，在本發明的某些實施例中，可以升溫至680℃、700℃或750℃等。

本發明中，升溫至設定溫度后，保溫一定時間，所述保溫的時間優選為1～2h，更優選為1.5～2h，在本發明的某些實施例中，所述保溫的時間可以為1.5h或2h等。

本發明中，優選在開始保溫10～30min后，進行加壓；所述加壓期間，溫度保持不變；所述加壓的壓強優選為10～20MPa，更優選為15～17MPa；加壓至設定值后，優選保壓一段時間，本發明中，優選保持10～30min，更優選保持15～20min。本發明中，在保溫保壓之后，還包括保溫降壓，在所述保溫降壓后，得到第一燒結體。

按照本發明，在得到第一燒結體后，對所述第一燒結體進行一次降溫，卸壓，再進行二次降溫，得到碲鋅鎘多晶。

本發明中，所述一次降溫優選降溫至530～560℃，在本發明的某些實施例中，可降溫至550℃；降溫至設定溫度后，進行卸壓，優選將剩余壓力卸掉為零；卸壓后，進行二次降溫，所述二次降溫優選降溫至室溫，如可以降溫至35℃以下，更優選降至25～35℃；在進行二次降溫后，得到碲鋅鎘多晶。

按照本發明，優選在上述的二次降溫后，得到碲鋅鎘材料；在得到碲鋅鎘材料后，優選在真空條件下，將所述碲鋅鎘材料升溫至600～750℃，保溫，加壓，得到第二燒結體。

本發明在得到碲鋅鎘材料后，優選還包括將所述碲鋅鎘材料破碎至粒度小于100目，得到碲鋅鎘粉體。

本發明中，在得到碲鋅鎘粉體后，優選抽真空至小于5Pa，在該真空條件下，進行后續步驟；本發明中，在所述真空條件下，優選將所述碲鋅鎘粉體升溫至600～750℃，更優選為680～750℃；所述升溫的速率優選為5～12℃/min，在本發明的某些實施例中，所述升溫的速率可以為10℃/min。

本發明中，升溫至所述設定溫度后，保溫一定時間；所述保溫的時間優選為3～5h。

本發明中，優選在開始保溫10～30min后，進行加壓；所述加壓期間，溫度保持不變；所述加壓的壓強優選為25～35MPa，更優選為25～30MPa；加壓至設定值后，優選保壓一段時間，本發明中，優選保持30～50min，更優選保持40～50min。本發明中，在保溫保壓之后，還包括保溫降壓，在所述保溫降壓后，得到第二燒結體。

本發明中，在得到第二燒結體后，對所述第二燒結體進行一次降溫，卸壓，再進行二次降溫，得到碲鋅鎘多晶。

本發明中，所述一次降溫優選降至530～560℃，在本發明的某些實施例中，可以降溫至550℃；降溫至設定溫度后，進行卸壓，優選將剩余壓力卸掉為零；卸壓后，進行二次降溫，所述二次降溫優選降溫至室溫，如可以降溫至35℃以下，更優選降至25～35℃；在進行二次降溫后，得到碲鋅鎘多晶。采用本發明的方法，進行二次燒結，有利于較好的促使碲鋅鎘晶體生長，使得到的碲鋅鎘多晶均勻無偏析，品質較高。

本發明中，得到碲鋅鎘多晶后，可對所述碲鋅鎘多晶進行表面處理，如可以通過對所述碲鋅鎘多晶的表面進行打磨等方式，以凈化所述碲鋅鎘多晶。表面處理后，可以根據需求將所述碲鋅鎘多晶破碎至不同大小的碲鋅鎘多晶粒或碲鋅鎘多晶粉等。

本發明中，優選將混合粉體原料裝于原料容器中并置于燒結設備內進行上述燒結過程；在本發明的某些實施例中，所述原料容器可以為熱壓石墨磨具；所述燒結設備可以為熱壓爐。

本發明提供了一種碲鋅鎘多晶的制備方法，包括以下步驟：A)將碲化鎘粉體與碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體；B)在真空條件下，將所述混合粉體升溫至600～750℃，保溫，加壓，得到第一燒結體；C)對所述第一燒結體進行一次降溫，卸壓，再進行二次降溫，得到碲鋅鎘多晶。采用本發明的特定方法，在較低的溫度下即可制備得到碲鋅鎘多晶，安全易控，節省能耗，有利于降低成本，且得到的碲鋅鎘多晶品質高、無偏析，采用本申請的方法有利于進行大批量工業生產。

為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求的限制。

實施例1

將5kg粒度小于100目的碲化鎘粉體與0.03Kg粒度小于100目的碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體；將該混合粉體裝入熱壓石墨模具中并置于熱壓爐內；將熱壓爐抽真空至小于5Pa，以3℃/min的升溫速率將熱壓爐升溫至680℃，保溫1.5h；在上述保溫開始10min后，進行加壓，加至17MPa，保持20min后，開始保溫降壓，在保溫達1.5h后，開始降溫，降到550℃時，將剩余壓力卸掉為零，之后降溫至25～35℃，取出熱壓石墨模具并脫模，得到碲鋅鎘材料。將所得碲鋅鎘材料破碎至粒度小于100目，裝入熱壓石墨模具中并置于熱壓爐內；將熱壓爐抽真空至小于5Pa，以10℃/min的升溫速率將熱壓爐升溫至680℃，保溫3h；在上述保溫開始10min后，進行加壓，加至30MPa，保持40min后，開始保溫降壓，在保溫總時長達3h后，開始降溫，降到550℃時，將剩余壓力卸掉為零，之后降溫至25～35℃，取出熱壓石墨模具并脫模，得到碲鋅鎘多晶。

利用ICP法對所得碲鋅鎘多晶進行偏析檢測，即利用原位統計分布的分析方法分析多晶體中不同位置點的元素含量是否均勻；對所得碲鋅鎘多晶取4個以上不同位置的點，分析各位置處Zn元素的質量比并做比較，結果顯示，不同位置點的Zn元素含量十分相近，各位置點Zn元素的質量偏差低于0.25％，即所得碲鋅鎘多晶十分均勻，無偏析。

實施例2

將5kg粒度小于100目的碲化鎘粉體與0.8Kg粒度小于100目的碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體；將該混合粉體裝入熱壓石墨模具中并置于熱壓爐內；將熱壓爐抽真空至小于5Pa，以5℃/min的升溫速率將熱壓爐升溫至750℃，保溫2h；在上述保溫開始10min后，進行加壓，加至15MPa，保持20min后，開始保溫降壓，在保溫達2h后，開始降溫，降到550℃時，將剩余壓力卸掉為零，之后降溫至25～35℃，取出熱壓石墨模具并脫模，得到碲鋅鎘材料。將所得碲鋅鎘材料破碎至粒度小于100目，裝入熱壓石墨模具中并置于熱壓爐內；將熱壓爐抽真空至小于5Pa，以10℃/min的升溫速率將熱壓爐升溫至750℃，保溫5h；在上述保溫開始10min后，進行加壓，加至28MPa，保持50min后，開始保溫降壓，在保溫總時長達5h后，開始降溫，降到550℃時，將剩余壓力卸掉為零，之后降溫至25～35℃，取出熱壓石墨模具并脫模，得到碲鋅鎘多晶。

按照實施例1的方法對所得碲鋅鎘多晶進行偏析檢測，結果顯示，不同位置點的Zn元素含量十分相近，各位置點Zn元素的質量偏差低于0.04％，即所得碲鋅鎘多晶十分均勻，無偏析。

實施例3

將5kg粒度小于100目的碲化鎘粉體與0.05Kg粒度小于100目的碲化鋅粉體混合均勻，得到混合粉體；將該混合粉體裝入熱壓石墨模具中并置于熱壓爐內；將熱壓爐抽真空至小于5Pa，以5℃/min的升溫速率將熱壓爐升溫至700℃，保溫1.5h；在上述保溫開始10min后，進行加壓，加至15MPa，保持15min后，開始保溫降壓，在保溫達1.5h后，開始降溫，降到550℃時，將剩余壓力卸掉為零，之后降溫至25～35℃，取出熱壓石墨模具并脫模，得到碲鋅鎘材料。將所得碲鋅鎘材料破碎至粒度小于100目，裝入熱壓石墨模具中并置于熱壓爐內；將熱壓爐抽真空至小于5Pa，以10℃/min的升溫速率將熱壓爐升溫至700℃，保溫4h；在上述保溫開始10min后，進行加壓，加至25MPa，保持40min后，開始保溫降壓，在保溫總時長達4h后，開始降溫，降到550℃時，將剩余壓力卸掉為零，之后降溫至25～35℃，取出熱壓石墨模具并脫模，得到碲鋅鎘多晶。

按照實施例1的方法對所得碲鋅鎘多晶進行偏析檢測，結果顯示，不同位置點的Zn元素含量十分相近，各位置點Zn元素的質量偏差低于0.29％，即所得碲鋅鎘多晶十分均勻，無偏析。

現有技術中制備碲鋅鎘多晶主要采用的方法是將碲、鋅、鎘單質混合，進行合成反應，而該合成反應需要在高溫條件下(通常為1092～1295℃)進行才能滿足晶體生長的需求，這種合成方法容易造成原料器皿炸裂，既不安全，還浪費原料，成本較高，單次只能進行少量的合成，難以進行千克量級的制備，同時，這種高溫合成方法穩定性差、不易控，容易影響晶體的生長質量，得到的碲鋅鎘多晶中容易造成偏析，難以進行大批量生產。相比于現有技術，按照本發明的方法，在較低的溫度下即可制備得到碲鋅鎘多晶，安全易控，節省能耗，有利于降低成本，且得到的碲鋅鎘多晶品質高、無偏析，而且可以實現單次大量合成，采用本申請的方法有利于進行大批量工業生產。

以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。