АО «Гиредмет», Москва, Россия:

М. Б. Гришечкин, научный сотрудник
И. А. Денисов, заведующий лабораторией, эл. почта: IADenisov@rosatom.ru
А. А. Силина, научный сотрудник
Н. И. Шматов, ведущий научный сотрудник

Исследованы особенности процесса затравления при выращивании кристаллов Cd_1–xZn_xTe (х ~ 0,04) методом вертикальной направленной кристаллизации по Бриджмену в стеклоуглеродных тиглях различных форм и размеров. Проведено численное моделирование условий тепло- и массопереноса на всех этапах процесса выращивания. Показано, что на стадии затравливания изотерма, соответствующая температуре солидуса состава х ~ 0,04 (1098 ^oС), имеет выпукло-вогнутую форму во всех случаях. С увеличением доли закристаллизованной фазы форма изотермы изменяется через выпуклую в расплав к вогнутой в кристалл для тиглей диаметром 50–51 и 50–68 мм. В случае тигля диаметром 65–85 мм изотерма при 1098 ^oС становится выпуклой в расплав и сохраняет такую форму на протяжении всего процесса выращивания. На основании данных численного моделирования были оптимизированы условия затравления при выращивании кристаллов Cd_1–xZn_xTe. Анализ распределения ZnTe в выращенных кристаллах показал, что форма фронта кристаллизации коррелирует с формой изотермы солидуса кристаллов состава х ~ 0,04, полученной по результатам расчета. Показано, что введение дополнительной стадии размельчения синтезированных поликристаллов и перегрузки в ростовой контейнер не приводит к ухудшению чистоты выращенных слитков. Структурные, электрофизические и оптические характеристики полученного материала удовлетворяют требованиям, предъявляемым к материалу для изготовления подложек для жидкофазной эпитаксии фоточувствительных слоев Cd_yHg_1–yTe.

Авторы выражают благодарность сотрудни кам РХТУ им. Д. И. Менделеева Е. Н. Може витиной за проведение анализа примесного состава и Е. А. Сухановой за проведение численного моделирования.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки в рамках Соглашения о предоставлении субсидии от 21 октября 2014 г. № 14.576.21.0055 (уникальный идентификатор RFMEFI57614X0055).

1. Иванов Ю. М. Выращивание монокристаллов с использованием эффекта самозатравления // Неорганические материалы. 1998. Т. 34, № 9. С. 1062–1068.
2. Rudolph P., Mühlberg M. Basic problem of vertical Bridgman growth of CdTe // Material Science and Engineering: B. 1993. Vol. 16, No. 1–3. P. 8–16.

3. Zha M., Zappettini A., Calestani D., Marchini L., Zanotti L., Paorici C. Full encapsulated CdZnTe crystals by the vertical Bridgman method // Journal of Crystal Growth. 2008. Vol. 310. P. 2072–2075.
4. Fiederle M., Fauler A., Zwerger A. Crystal growth and characterization of detector grade (Cd, Zn)Te crystals // IEEE Transactions On Nuclear Science. 2007. Vol. 54, No. 4. P. 769–772.
5. Swain S. K., Cui Y., Datta A., Bhaladhare S., Rao M. R., Burger A., Lynn K. G. Bulk growth of uniform and near stoichiometric cadmium telluride // Journal of Crystal Growth. 2014. Vol. 389. P. 134–138.
6. Su C.-H., Lehoczky S. L. Melt growth of high-resistivity CdZnTe crystals by controlling Cd over-pressures // Journal of Crystal Growth. 2011. Vol. 319. P. 4–7.
7. Crocco J., Bensalah H., Zheng Q., Carcalén V., Diéguez E. Influence of SiC pedestal in the growth of 50 mm CZT by Vertical Gradient freeze method // Journal of Crystal Growth. 2012. Vol. 360. P. 92–94.
8. Гришечкин М. Б., Денисов И. А., Силина А. А., Смирнова Н. А., Шматов Н. И. Оптимизация процесса выращивания монокристаллов Cd_1–xZn_xTe (x ~ 0,04) методом вертикальной направленной кристаллизации по Бриджмену // Труды XXIV Международной конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. — М., 2016. С. 393–397.
9. Rudolph P. Fundamental studies on Bridgman growth of CdTe // Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials. 1994. Vol. 29, No. 1–4. P. 275–381.
10. Гришечкин М. Б., Денисов И. А., Силина А. А., Смирнова Н. А., Шматов Н. И. Исследование условий выращивания монокристаллов Cd_1–xZn_xTe (х ≤ 0,04) методом вертикальной направленной кристаллизации (ВНК) по Бриджмену // Прикладная физика. 2014. № 5. C. 72–75.
11. Яковенко А. Г., Силина А. А., Смирнова Н. А., Денисов И. А. Исследование структурного совершенства CdZnTe (211) методом селективного травления // Тез. докл. Конференции стран СНГ по росту кристаллов. — Харьков, 2012. С. 163.
12. Kim K., Bolotnikov A. E., Camarda G. S. et al. Overcoming Zn segregation in CdZnTe with the temperature gradient annealing // Journal of Crystal Growth. 2016. Vol. 442. P. 98–101. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2016.02.038
13. Белов А. Г., Каневский В. Е., Пашкова Н. В., Шленский А. А. Определение состава кристаллов твердого раствора Cd_1–xZn_xTe по спектрам пропускания в области собственных переходов // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2008. № 1. С. 26–29.