[发明专利]一种热场协调控制的提拉法晶体生长炉

说明书

技术领域

本发明属于晶体生长设备领域，更具体地，涉及一种热场协调控制的提拉法晶体生长炉。

背景技术

提拉法，又称直拉法、Cz法，是一种目前最流行的块状单晶体生长技术，传统的提拉法装置由加热系统(加热、控温和保温)、气氛控制系统(真空、气路、充气)、传动系统(提拉、旋转)等构成。该方法的优势在于可测试和观察生长界面、定向籽晶、“缩颈”技术、“收尾“技术、可旋转坩埚和晶体，因而控制方便，能获得较快的生长速率和很高的产品性能均匀性，成品率远大于其它晶体生长方式。该方法的劣势在于坩埚的污染、流动导致系统的非稳定性等，除此之外，生长界面附近较大的温度梯度保证了高生长率的同时，导致了生长界面和晶体内部很高的热应力，与热应力相关的缺陷较大，如采用提拉法生长的蓝宝石由于位错密度太高，无法用作GaN基LED中GaN衬底的制备。

由于提拉法的重要性，目前已申请的专利较多。中国专利申请2009101168954公开了一种Cz直拉法单晶炉，使直拉法单晶炉的最大取棒行程明显增加。中国专利申请201310745105.5公开了一种提高直拉法单晶生长速度的单晶炉，通过导流筒内的冷却装置，强化生长界面附近的晶体冷却效果，增大晶体的纵向温度梯度，从而大幅提高晶体的生长速度。然而，这些发明并不能克服提拉法固有的缺陷，使设备局限于某种特殊材料的制备，缺乏通用性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出一种多参数协调热场控制的新型提拉法晶体生长炉，不仅能有效提高提拉法系统的稳定性、可靠性和可重复性，从而提高高质量单晶的生产率，节约生长成本，也可以提高其通用性，适用于各种不同温度梯度生长条件的晶体制备。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种热场协调控制的提拉法晶体生长炉，包括绝热外壳及设置在绝热外壳内的生长室，生长室设置有坩埚，绝热外壳的外部设置有用于对坩埚进行加热的主电磁感应线圈，所述主电磁感应线圈的下方设置有副电磁感应线圈，主电磁感应线圈和副电磁感应线圈之间存在间距，有多根底部进气管和多根中部进气管伸入绝热外壳内，绝热外壳的顶部设置有气流出口，所述气流出口作为籽晶杆的移动通道，所述绝热外壳内设置有用于削弱辐射传热的可伸缩遮热板和用于调整生长室局部温度的顶部辅助电阻加热器，所述可伸缩遮热板能调整伸入生长室的长度，可伸缩遮热板和顶部辅助电阻加热器均位于坩埚的上方。

优选地，所述绝热外壳包括底座及放置在底座上的外绝热层，外绝热层上承接有顶盖，外绝热层的内腔套装有顶部绝热层，顶盖位于顶部绝热层的上方，所述气流出口包括设置在顶盖上的上出口和设置在顶部绝热层上的下出口。

优选地，所述绝热外壳内设置有能上下移动的可移动绝热层，所述可移动绝热层两端开口呈筒形并围住坩埚，可移动绝热层位于底部进气管和中部进气管之间。

优选地，所述绝热外壳内设置有内绝热层，所述绝热外壳内设置有内绝热层，内绝热层与顶部绝热层、底座围成所述的生长室；所述内绝热层包括上部绝热层和下部绝热层，所述可伸缩遮热板置于上部绝热层和下部绝热层之间，所述上部绝热层的顶端和下部绝热层的底端分别与顶部绝热层和底座固定连接，所述可移动绝热层围住下部绝热层，所述中部进气管和底部进气管均穿过下部绝热层。

优选地，所述顶部辅助电阻加热器呈筒形，其开口朝下，顶部设置有便于籽晶杆穿过的通孔，其对称轴与绝热外壳的轴线重合且安装在顶部绝热层与可伸缩遮热板之间。

优选地，所述绝热外壳内设置有底部绝热层及安装在底部绝热层上的可旋转支座，所述坩埚设置在可旋转支座上。

优选地，所述多根底部进气管沿绝热外壳的周向均匀分布，其个数为偶数。

优选地，所述多根中部进气管沿绝热外壳的周向均匀分布，其个数与底部进气管相同，并且每根中部进气管与设置在其正下方的一根底部进气管成对平行排列。

优选地，所述可伸缩遮热板由三个弧形块组成，每个弧形块的弧度为120°，每个弧形块均能沿绝热外壳的径向移动从而相互分开或靠拢，弧形块相互靠拢接触后能形成环形盘。

优选地，所述主电磁感应线圈的圈数为7～9圈，副电磁感应线圈的圈数为3～5圈，所述主电磁感应线圈其可沿绝热外壳的轴向上下移动，其移动行程为3～5cm。。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明通过多参数协调控温，可以在化料期提高坩埚内部温度，缩短化料时间；