采用VGF（Vertical Gas Flow）方法生长的CdZnTe单晶中小尺寸结构缺陷的形成机制及其控制技术的研究

《CrystEngComm》：Investigation of the formation mechanism and control technology of small-sized structure defects in CdZnTe single crystals grown by the VGF method

CZT单晶通过垂直梯度冻结法（VGF）生长可有效控制热场分布，减少结构缺陷，但现有工艺仍存在小尺寸缺陷问题影响材料利用率。本文采用多尺度显微表征技术，发现缺陷由亚微米孪晶和聚晶构成，晶界区域存在堆垛层错富集，其形成源于晶体生长过程中温度场扰动。通过实验与数值模拟结合优化VGF参数和热场分布，使4英寸CZT单晶利用率提升至90%以上。

　　

CdZnTe（CZT）晶体对于室温核辐射探测器至关重要，其晶体质量直接影响探测器的性能。垂直梯度凝固（VGF）方法因能够有效控制垂直热梯度并减少熔体对流，已被证明是制备高质量CZT单晶的有效手段。然而，采用VGF方法制备的大尺寸CZT晶体通常存在微小结构缺陷，这些缺陷显著降低了材料的有效利用率，从而限制了CZT室温核辐射探测器的广泛应用。在本研究中，我们利用多尺度显微表征技术系统地分析了CZT单晶中微小结构缺陷的微观特征。研究发现，这些结构缺陷主要由亚微米级的孪晶和多晶组成，晶界区域则富含堆垛错位。微小结构缺陷的形成源于晶体生长过程中的温度场扰动。局部过冷区域引发的孪晶和多晶在生长过程中相互竞争，形成了三维网络结构，最终演变为肉眼可见的明显结构缺陷。基于这些发现，我们采用实验与数值模拟相结合的方法，系统优化了CZT晶体生长过程中的参数和热场分布。优化后的VGF晶体生长工艺有效抑制了结构缺陷的形成，所制备的4英寸CZT单晶的有效利用率提高了90%以上。这对于制备大容量、低成本的探测器具有重要意义。