[发明专利]多功能晶体生长炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体生长设备，尤其涉及一种可适用于晶体不同生长工艺的设备。

 

背景技术

在对多晶硅等材料及掺杂元素实现在加热炉内加热、熔化、移动、冷却、结晶的单晶生长过程中，晶体生长的工艺方法有多种，比如将装有晶体的坩埚在多段加热炉体同轴炉膛内实现相对移动为VB法晶体生长工艺；再比如，将装有晶体的坩埚同轴固定到炉膛内部需要的位置上不移动，通过多段炉体加热到需要温度后有序的降温实现晶体的生长，此种为VGF法晶体生长工艺。

现有设备都是单功能使用，实现单一工艺的晶体生长。

 

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种可实现晶体生长两种工艺的三种实现方法和一种组合方法的多功能晶体生长炉。

本发明所述多功能晶体生长炉，包括机架、坩埚平移机构、坩埚组成、加热炉平移机构、加热炉；其中坩埚平移机构固定在机架一端，加热炉平移机构固定在机架另一端；坩埚组成与坩埚平移机构固定连接，加热炉与平移炉升降机构固定连接；加热炉为中空炉膛，坩埚组成位于炉膛内。

本发明所述多功能晶体生长炉，将加热炉移动与坩埚移动有机的进行了结合，可以实现VB、VGF两种工艺的三种实现方法和一种组合工艺方法。

VB法晶体生长工艺有两种方法实现：一、加热炉平移机构固定不动，停留在一个需要的位置上；坩埚组成在加热炉炉膛内部，由坩埚平移机构实现坩埚在炉膛内移动，加热炉为多段加热体，当加热炉加热到需要温度后，由坩埚平移机构实现坩埚反向移动，从而实现VB法晶体生长。二、坩埚组成在加热炉炉膛内部，定位到一个位置不动，当多段加热炉加热到需要温度后，加热炉平移机构按要求驱动加热炉，实现加热炉与坩埚的相对位移，从而实现VB法晶体生长。

VGF晶体生长工艺：加热炉平移机构固定不动，停留在一个需要的位置上；当坩埚平移机构带动坩埚移动到加热炉炉膛内一个合适位置后停留，不再移动；当加热炉加热到需要温度后，通过加热炉控制程序做有序的降温实现晶体的生长，从而实现VGF法晶体生长工艺。

组合工艺方法：加热炉平移机构带动加热炉移动；坩埚平移机构带动坩埚组成在加热炉炉膛内部移动；当加热炉加热到需要温度后，加热炉平移机构与坩埚平移机构配合移动进行新晶体生长工艺的研究，从而实现晶体生长工艺的复合法。

为了达到更好的技术效果，本发明所述多功能晶体生长炉还可以采用以下措施：

1、所述坩埚组成包括坩埚杆、坩埚定位托盘、坩埚保温托、石英瓶，其中坩埚杆通过轴承单元与坩埚平移机构连接，坩埚定位托盘同轴固定在坩埚杆顶端，坩埚保温托同心固定在坩埚定位托盘上表面，石英瓶同轴固定在坩埚保温托顶端，坩埚同心封装在石英瓶内。

2、所述加热炉平移机构和坩埚平移机构包括驱动电机及减速器、丝杠、丝母、滑块、导轨、支撑板，其中驱动电机与减速器连接，减速器与丝杠连接，丝杠与丝母配合，丝母及滑块均固定在支撑板上，导轨固定在机架上，其方向与丝杠平行，滑块与导轨滑动配合。坩埚组成的位移由驱动电机驱动，丝杠通过丝母、经导轨导向将电机旋转运动转化为直线位移，正向驱动电机则坩埚组成进入炉膛，反向驱动电机实现坩埚组成退出炉膛。

3、所述坩埚平移机构还包括坩埚杆旋转机构，所述坩埚杆旋转机构包括旋转电机、减速器、轴承单元、齿形带、齿形带轮；其中轴承单元包括轴承盒与轴承，轴承位于轴承盒内部与之固定连接；旋转电机与轴承盒均固定在支撑板上；旋转电机与减速器连接，减速器与工作杆通过齿形带相连；齿形带轮与齿形带配合；轴承与坩埚杆配合。旋转电机启动，通过减速器在齿形带的传动下带动坩埚杆旋转。晶体生长工艺按照不同的要求，坩埚杆可以旋转或不旋转，从而实现同轴安装的坩埚定位托盘、坩埚保温托、石英瓶以及同心封装在石英瓶内部的坩埚同时旋转。

4、所述坩埚杆为空心杆，坩埚保温托轴心设置通孔，二者内部安装有测温热偶。当加热炉加热到需要温度后，利用热偶测温，测温点位于石英瓶下端相近位置，便于精确测量温度，从而控制加热炉与坩埚的相对位移，以完成晶体生长工艺。

5、本发明所述多功能晶体生长炉还包括一个接线滑环，所述接线滑环固定在坩埚杆底部，并与坩埚杆内部的测温热偶用导线连接。转换滑环随坩埚杆进行旋转，实现测温热偶接线的转换。

6、所述加热炉平移机构和坩埚平移机构的两端还设置传感器。使加热炉及坩埚移动的极限位置通过传感器检测、控制。