本發(fā)明涉及一種用于碲鎘汞氣相外延的具有高密閉性的石英套管，具體涉及一種石英套管，它適用于紅外碲鎘汞材料的氣相外延生長(zhǎng)，特別適用于不同外延溫度、不同尺寸襯底，多片碲鎘汞材料氣相外延生長(zhǎng)。該石英套管的高密閉性設(shè)計(jì)可以在氣相外延過(guò)程中有效控制Hg損失，該方法可以應(yīng)用于短波、中波和長(zhǎng)波碲鎘汞等溫氣相外延領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

最初利用等溫氣相外延技術(shù)(ISOVPE)是由法國(guó)Cohen-Solal[Cohen-Solal G.and Marfaing,Y.,Transport of photocarriers in Cdx Hg1–xTe graded-gap structures,Solid State Electron.11,1131–1147(1968).]等人設(shè)計(jì)的。生長(zhǎng)過(guò)程是首先在厚碲化鎘襯底上進(jìn)行碲化汞的近平衡恒溫蒸發(fā)，然后進(jìn)行淀積層與襯底間的互擴(kuò)散就可以生成可變帶隙的碲鎘汞材料。碲鎘汞氣相外延的生長(zhǎng)是根據(jù)等溫氣相外延原理進(jìn)行薄膜的生長(zhǎng)[S.H.Shin,E.R.Gertner,J.G.Pasko,et al.Isothermal vapor-phase epitaxy of HgCdTe on CdTe and Al2O3substrates[J].J.Appl.Phys.,57(10):4721-4726(1985)]。波蘭研究者[Piotrowski,J.and Piotrowski,A.,Uncooled infrared photodetectors in Poland,Proc.SPIE 5957,59570K(2005)]用合成的碲化鎘薄層來(lái)代替碲化鎘體材料。利用真空蒸發(fā)技術(shù)在低成本、容易得到的襯底(如云母，硅，藍(lán)寶石和其他材料)上淀積生長(zhǎng)碲化鎘外延材料，然后利用恒溫汽相外延技術(shù)淀積一定厚度的碲化汞，經(jīng)過(guò)某種工藝使它們反應(yīng)而生成均勻的碲鎘汞材料。這些材料用來(lái)制備工作在近室溫下的中波紅外(MWIR)，長(zhǎng)波紅外(LWIR)光導(dǎo)、光磁電和光伏探測(cè)器。第一個(gè)在高溫下工作的長(zhǎng)波(≈10.6徽米)探測(cè)器于1972年問(wèn)世[Piotrowski,J.,Electrical and photoelectric properties of Hg1–xCdxTe films,Thesis,WAT,Warsaw(1973)(in Polish)],可能是第一批商業(yè)化的、利用在混合襯底上外延Hg1–xCdxTe材料制備的紅外探測(cè)器。

Wroclaw技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)[Becla P.and Placzek-Popko E.,Electrical properties of infrared photovoltaic Hg1–xCdxTe detectors,Infrared Phys.21,323–332(1981)]是采用封閉的石英管恒溫汽相外延技術(shù)生長(zhǎng)碲鎘汞外延層材料。利用這種技術(shù)得到了漸變組分的外延層材料來(lái)進(jìn)行廣泛的科學(xué)研究。利用汞擴(kuò)散形成n-on-p結(jié)，制備出了高質(zhì)量的光伏探測(cè)器。

在等溫氣相外延中涉及Hg損失的問(wèn)題，特別是開(kāi)管生長(zhǎng)系統(tǒng)中，由于密閉性差，有時(shí)氣相外延過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)工藝難以重復(fù)，外延膜回熔、熱腐蝕等情況。而控制這一問(wèn)題的關(guān)鍵因素是石英管密閉性的設(shè)計(jì)要巧妙，即能有效減少Hg原子的泄漏，又能確保不會(huì)由于Hg壓過(guò)高造成爆炸。因此，一個(gè)高純、高密閉性石英套管的設(shè)計(jì)決定了氣相外延的成敗。

本發(fā)明擬采用碲鎘汞氣相生長(zhǎng)技術(shù)，運(yùn)用本發(fā)明發(fā)明的高密閉性石英套管實(shí)現(xiàn)碲鎘汞外延工藝的穩(wěn)定生長(zhǎng)，為高質(zhì)量碲鎘汞外延材料生長(zhǎng)提供一種有效手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種高密閉性碲鎘汞外延生長(zhǎng)的石英套管，解決碲鎘汞氣相外延生長(zhǎng)中Hg損失的問(wèn)題。

本發(fā)明的方法為：通過(guò)設(shè)計(jì)不同尺寸、不同結(jié)構(gòu)石英外管、石英限位管和石英內(nèi)管和石英塞，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量碲鎘汞材料的氣相外延生長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容如下：碲鎘汞外延生長(zhǎng)用的高密閉性石英套管具體結(jié)構(gòu)如附圖1～5所示，它由石英外管1、石英限位管2和石英內(nèi)管3和石英塞4四個(gè)部件組成，這些部件均采用99.99999％的高純石英制作。

所述的石英外管1是一端封閉，一端開(kāi)口的圓柱體結(jié)構(gòu)，開(kāi)口端與封閉門(mén)6相連，壁厚5mm。石英外管1尺寸可以根據(jù)石英內(nèi)管3的大小(石英內(nèi)管2控制在直徑60mm以?xún)?nèi))進(jìn)行設(shè)計(jì)，在封閉端底部有一細(xì)長(zhǎng)內(nèi)置小管，可以放置熱電偶，對(duì)氣相外延過(guò)程中的溫度進(jìn)行監(jiān)控。

所述石英限位管2是圓柱體杯狀結(jié)構(gòu)，放置在石英外管1內(nèi)部，靠近封閉端，壁厚4mm。通過(guò)石英限位管2的長(zhǎng)度控制石英內(nèi)管3石英外管1內(nèi)部的位置。

所述的石英內(nèi)管3是一個(gè)一端封閉，一端帶有椎度開(kāi)口的圓柱體結(jié)構(gòu)，壁厚3mm，開(kāi)口椎度為10°。石英內(nèi)管3內(nèi)放置氣相外延用的石墨舟5。

所述的石英塞4是也有帶錐度圓柱體的中空的磨砂口塞子，與石英內(nèi)管3匹配，石英塞4椎度為10°，內(nèi)部中空部分為直徑40mm，長(zhǎng)75mm，該處放置帶彈簧的不銹鋼桿7，便于在氣相外延過(guò)程中對(duì)石英內(nèi)管3進(jìn)行密封和開(kāi)啟。

本發(fā)明高密閉性碲鎘汞外延生長(zhǎng)石英套管的優(yōu)點(diǎn)在于：它可以解決碲鎘汞氣相外延薄膜生長(zhǎng)中Hg損失以及由于系統(tǒng)密閉性不好造成的熱腐蝕、回熔等問(wèn)題。該方法可以應(yīng)用于短波、中波和長(zhǎng)波碲鎘汞等溫氣相外延領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為石英套管總裝結(jié)構(gòu)圖。

圖2為石英外管1結(jié)構(gòu)圖。

圖3為石英限位管2結(jié)構(gòu)圖。

圖4為石英內(nèi)管3結(jié)構(gòu)圖。

圖5為石英塞4結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

以碲鎘汞氣相外延用的石英套管為例。

具體過(guò)程如下：

圖1是石英套管總裝結(jié)構(gòu)圖，該石英套管包括5個(gè)部分：石英外管1、石英限位管2、石英內(nèi)管3、石英塞4、石墨舟5、封閉門(mén)6。石英外管1是一端封閉，一端開(kāi)口的圓柱體結(jié)構(gòu)，開(kāi)口端與封閉門(mén)相連。石英限位管2為圓柱體杯狀結(jié)構(gòu)，放置在石英外管1內(nèi)部，靠近封閉門(mén)6。石英內(nèi)管3是一個(gè)一端封閉，一端帶有椎度開(kāi)口的圓柱體結(jié)構(gòu)。石英塞4也有帶錐度圓柱體的中空的磨砂口塞子，與石英內(nèi)管3匹配。石英內(nèi)管3和石英塞4均放置在石英外管1內(nèi)部，靠近封閉門(mén)6。石英內(nèi)管3內(nèi)部放置可以進(jìn)行氣相外延的石墨舟5。

2圖2是石英外管1結(jié)構(gòu)圖，該石英外管1總長(zhǎng)850mm，一端封閉，一端開(kāi)口。外徑120mm，內(nèi)徑110mm，壁厚5mm，在靠封閉端石英管底部有一個(gè)外接中空管，長(zhǎng)532mm，中空管內(nèi)徑7mm，外徑10mm，這個(gè)中空管可以放置熱電偶，實(shí)時(shí)監(jiān)控外延過(guò)程中石墨舟5底部的溫度。

3圖3是石英限位管2結(jié)構(gòu)圖，該石英限位管2總長(zhǎng)310mm，外徑60mm，內(nèi)徑52mm，有效控制石英內(nèi)管3在石英外管1的位置，為氣相外延的工藝穩(wěn)定性提供了可能。

4圖4是石英內(nèi)管3結(jié)構(gòu)圖，該石英內(nèi)管3總長(zhǎng)285mm，一端封閉，一端磨砂口開(kāi)口。外徑70mm，內(nèi)徑64mm，壁厚3mm，磨砂口處長(zhǎng)度50mm，開(kāi)口錐度10度。石英內(nèi)管3依次放在石英限位管2旁邊，靠近石英外管1的開(kāi)口端。石墨舟5放置在石英內(nèi)管3內(nèi)。

5圖5是石英塞4結(jié)構(gòu)圖，該石英塞4是配合石英內(nèi)管3用的，也采用磨砂設(shè)計(jì)，便于保證石英內(nèi)管3的密閉性。石英塞4總長(zhǎng)度90mm，一端錐形設(shè)計(jì)塞入石英內(nèi)管3內(nèi)部，錐度為10度，與石英內(nèi)管3匹配，另一端中空設(shè)計(jì)，中空內(nèi)徑40mm，放置帶彈簧的不銹鋼鋼管，以實(shí)現(xiàn)在氣相外延過(guò)程中對(duì)石英內(nèi)管3的封閉作用，另外，帶彈簧的不銹鋼管7可以在汞壓高時(shí)有效卸載高壓氣氛，進(jìn)而避免了氣相外延過(guò)程中的爆炸。