[发明专利]一种单温区晶体生长装置及单温区晶体生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，具体涉及一种用于晶体生长的单温区竖直 梯度冷凝生长方法的生长装置及单温区晶体生长方法。

背景技术

梯度冷凝法是一种熔体法单晶生长技术，它是通过控制炉内的温场变化， 进行顺序降温，对熔体定向冷却，实现定向结晶。此方法和传统的布里奇曼方 法比较具有以下优点：一是减少传动装置，简化工艺流程，而且可以实现更精 确和及时的温度监控；二是由于梯度冷凝法的坩埚和炉膛相对静止，可以减少 坩埚移动带来的温场扰动，避免机械传动和振动对熔体和结晶界面的影响。梯 度冷凝法又可以分成竖直梯度冷凝法(VGF法)和水平梯度冷凝法(HGF法)， 目前美国BAE系统公司利用透明黄金水平冷凝设备生长的晶体质量较好，成晶 率高，但其炉体构造复杂，成本高，不适合大规模工业化应用。相对HGF法， VGF法对生长炉体以及控温工艺要求较低，并且可实现大口径单晶的生长。VGF 法的核心在于温场控制，因此VGF法对温度控制精度提出了更为复杂和苛刻的 要求：温度场要在动态变化过程中维持恒定的变化速率和顺序，并要保持定向 生长所需要的温度梯度。为了满足VGF法晶体生长所需要的温场要求，生长炉 通常采用多个加热器和温度控制单元的结构设计，造成设备结构复杂，并且由 于需要设计比较复杂的控温程序导致操作工艺繁琐。

发明内容

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种用于晶体生长的单温区竖直梯度冷凝生长方法的 生长装置及单温区晶体生长方法。本发明在保证单晶完整生长的前提下，采用 单温区控温的梯度冷凝生长方法，简化单晶生长设备和操作内容。

[技术方案]

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种单温区晶体生长装置，它包括炉腔和安瓿，所述炉腔腔体内壁安装一 层炉腔加热区，所述炉腔加热区由炉腔腔壁内的控温热偶控制加热；所述炉腔 内安装上下两端开口的炉管；所述炉腔放置在支撑架上，所述支撑架与炉腔腔 体对应部分有圆孔，并且所述炉管穿过支撑架上的圆孔，所述炉管下端设置可 移动保温堵头，并且所述可移动保温堵头下设置保温垫块；所述炉管上端用隔 热材料封闭，并且所述隔热材料内穿过传动装置，所述传动装置连接安瓿，并 将安瓿放入炉腔腔体内；所述炉腔连接精密温度控制器。

根据本发明更进一步的技术方案，所述安瓿从下至上依次分为籽晶段、放 肩段和主体段。

根据本发明更进一步的技术方案，所述炉腔加热区长度为600～800mm、直 径为40～80mm。

根据本发明更进一步的技术方案，所述炉管长度大于所述炉腔加热区长度， 所述炉管直径小于所述炉腔加热区直径；所述炉管长度为800～1000mm、直径 为35～60mm。

根据本发明更进一步的技术方案，所述炉管为石英管或碳化硅管。

根据本发明更进一步的技术方案，所述可移动保温堵头在炉腔腔体下方的 炉管内移动，其位移区间为炉腔腔体下端端口至离该端口40mm处的距离。

一种利用上述生长装置进行的单温区晶体生长方法，它包括以下步骤：

首先，选择细小颗粒或粉末多晶原料装入安瓿，然后装入块状多晶原料， 装料完毕后对安瓿抽真空，并真空封结；

然后，测试未放入安瓿时炉腔的空炉温场分布，并根据晶体生长需要确定 安瓿放置位置；

其次，调试放入安瓿后的温场分布：将安瓿放入确定好的放置位置后，测 试炉管温场分布，并根据测试所得温场分布调节控温温度、安瓿位置和可移动 保温堵头的位置；

最后，开始晶体生长：调节至符合晶体的生长工艺要求后，保温一段时间 使晶体充分熔融后设置降温程序，确保晶体的生长过程平稳进行。

根据本发明更进一步的技术方案，所述测试空炉温场分布和测试炉管温场 分布的方法是首先采用连续测温方法分别测试炉内径向温场分布和纵向温场分 布，然后利用数据处理软件做出温场分布曲线。

根据本发明更进一步的技术方案，所述纵向温场分布分为大温梯区、过渡 区和小温梯区，所述安瓿的放置位置为籽晶段放置于大温梯区，主体段放置于 小梯度温梯区，放肩段则放置于过渡区；所述径向温场分布是测试炉管管壁四 周与炉管中心的温差，所述安瓿的放置位置为温差小于0.5℃范围内的区域。

下面将详细地说明本发明。