CdTe結晶の強磁場印加THM成長による高品質化

在强磁场应用下通过 THM 生长 CdTe 晶体提高质量

• 批准号: 02F00065
• 负责人: 稲富 裕光
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Institute of Space and Astronautical Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02F00065/
• 关键词: 強磁場; THM成長; CdTe; 固液界面形態安定性; 対流

強磁場下でのCdTe系結晶育成中の溶液内での流体挙動を調べるために、実際の試料形状、物性値を考慮して有限要素法に基づいた数値流体力学的シミュレーションを行った。その計算の結果、6テスラの軸対称均一静磁場中では低重力相当の対流抑制効果が期待できるものの、それに伴うマクロな固液界面形状の変化はほとんど起こらないことを明らかにした。またCdTe結晶のTHM成長に対して赤外線顕微干渉計を用いた固液界面形態変化のその場観察を行い、既に導き出した界面形態安定性モデルを基に平坦界面形状を安定に保てる試料の引き下げ速度を決定した。この理論的解析および上記の数値シミュレーションの結果に基づいて、原料、溶媒、種結晶を入れた石英ガラス製試料アンプルの試作およびTHM成長装置の改良を行った。この改良した結晶育成装置を用いて、CdTeおよびCdZnTe結晶を成長温度750℃〜800℃、試料引き下げ速度4〜10mm/day、磁束密度0〜6テスラで長さ60mm程度の結晶を育成した。その結果、0テスラの場合はいずれの引き下げ速度でも界面形状が不安定化してセル状界面となり、またインクルージョン、多結晶の発生が見られた。これらの結果とは対照的に、3テスラ以上で育成した場合は界面形状が安定化し平坦となり、双晶、インクルージョンの発生が見られなかった。そして、得られた結晶の組成分布をEPMAで分析した結果、Cd、TeおよびZnのマクロ偏析は見られなかった。このように、強い均一静磁場を印加することで、速い引き下げ速度でもCdTeおよびCdZnTeの良質な結晶が育成出来ることを示した。

Fluid dynamics in CdTe solution under high magnetic field; sample shape and physical properties; finite element method; fluid dynamics; The calculation results show that the axial symmetry of the six phases is uniform in a static magnetic field, and the flow inhibition effect of the low gravity phase is expected to be changed. For the growth of CdTe crystals, infrared micro-spectroscopy is used to determine the solid-liquid interface morphology, field observation, and stability of the interface morphology. The theoretical analysis and numerical results of this study include the preparation of quartz crystals, raw materials, solvents and seed crystals, and the improvement of THM growth apparatus. The improved crystal growth device is used to grow CdTe and CdZnTe crystals at 750℃ ~ 800℃, at a sample introduction speed of 4 ~ 10mm/day, at a magnetic beam density of 0 ~ 6 ℃ and at a length of 60 mm. The results show that the interface shape is unstable due to the low speed of the induction, the high speed of the induction, and the occurrence of multiple crystals. As a result, the interface shape is stabilized in the case where the illumination is more than 3 degrees, and the appearance of the double crystal is more stable. EPMA analysis results show that Cd, Te and Zn are separated from each other. The growth of CdTe and CdZnTe crystals is demonstrated by the high and uniform static magnetic field.

项目成果

Y.Uchida, Y.Inatomi, Y.Wang, K.Kudo, I.Jimbo: "Numerical simulation for S/L interface shape of CdTe crystal in THM growth under strong magnetic field"Space Utilization Research. 20. 224-227 (2004)

Y.Uchida、Y.Inatomi、Y.Wang、K.Kudo、I.Jimbo：“强磁场下THM生长中CdTe晶体S/L界面形状的数值模拟”空间利用研究。

Y.Wang, Q.Li, Q.Han, Q.Ma, B.Song, W.Jie, Y.Zhou, Y.Inatomi: "A two-stage technique for single crystal growth of HgCdTe using a pressurized Bridgman method"Journal of Crystal Growth. 263. 273-282 (2004)

Y.Wang、Q.Li、Q.Han、Q.Ma、B.Song、W.Jie、Y.Zhou、Y.Inatomi：“利用加压布里奇曼法进行 HgCdTe 单晶生长的两阶段技术”