[发明专利]自带熔体搅拌功能的晶体生长装置

说明书

本发明涉及一种自带熔体搅拌功能的晶体生长装置，包括感应线圈(1)、保温层(2)、感应发热体(3)、原料(4)、坩埚(5)和坩埚支柱(6)，所述的坩埚(5)内设有搅拌原料(4)的搅拌器(7)。与现有技术相比，本发明在传统坩埚与熔体相对静止的基础上增加了坩埚旋转功能，增加坩埚与国内熔体的相对运动，更加容易排除熔体中的气泡，同时使得原料中的掺杂元素分布更加均匀，有利于生长出高质量晶体。

技术领域

本发明属于晶体材料制备技术领域，涉及一种是对坩埚下降法、温度梯度法等类似晶体生长工艺的热场进行创新式改进的自带熔体搅拌功能的晶体生长装置。

背景技术

坩埚下降法、温度梯度法一直是砷化物、氟化物、氧化物(如GaAs、CaF₂、MgF₂、BGO、BBO、Al₂O₃)等人工晶体的主要生长方法。其具有温度梯度可控易调节，自动化程度高、人工操作便捷、热场重复性好，热场结构简单，生产效率高等优点，是一种非常适合工业化、规模化的晶体生长工艺。但其工艺有如下缺点：

1、坩埚和原料相对静止，坩埚内熔体形成稳流后气体不容易排出，导致生长晶体内部含有大量的气泡存在；

2、随着更大尺寸晶体的生长，坩埚口径不断加大，热场内部相同高度面内径向温度梯度过大，温度分布不均匀，坩埚下降熔体结晶时容易诱发多晶成核形成晶界、内部镶嵌结构、生长条纹等缺陷；

3、生长掺杂晶体时，掺杂离子在晶体内部分布不均匀。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种改进坩埚下降法、温度梯度法的自带熔体搅拌功能的晶体生长装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种自带熔体搅拌功能的晶体生长装置，包括感应线圈、保温层、感应发热体、原料、坩埚和坩埚支柱，其特征在于，所述的坩埚内设有搅拌原料的搅拌器。

所述的搅拌器的旋转速率2-10转/分钟，搅拌时间为30-60分钟。

所述的坩埚设置在可旋转的坩埚支柱上，通过坩埚支柱的旋转带动坩埚旋转，旋转速度为2-5转/分钟。

所述的坩埚支柱可上下移动，通过坩埚支柱带动坩埚在保温层内上下移动，调节坩埚与感应发热体之间的距离。

所述的保温层的厚度在15mm—40mm。

所述的感应线圈设置在保温层外侧，且距离保温层5-10mm。

所述的感应线圈为7-12匝线圈，感应频率为2kHz—15kHz。

所述的感应发热体的材质为钨、钼、石墨、铱或铼；

所述的保温层的材料为石墨毡、碳毡、氧化锆、氧化铝或石英；

所述的搅拌器的材质为高纯石墨棒。

在长晶过程中，通过调节感应发热体的功率，或者坩埚与感应发热体之间的位置，来控制晶体生长。

搅拌器停止搅拌后提升并脱离熔体，然后开始降低功率或下降坩埚开始晶体生长，坩埚下降速率为0.1-1mm/h，功率下降速率为10-100w/h。

所述的保温层内充入高纯Ar气作为保温气氛，炉内压强保持1个大气压。

本发明的创新之处在于：

1、在传统坩埚与熔体相对静止的基础上增加了坩埚旋转功能，增加坩埚与国内熔体的相对运动。

2、设计一种搅拌器，增加了熔体搅拌功能，使得在原料融化后，经过强对流搅拌，更加容易排除熔体中的气泡，同时使得原料中的掺杂元素分布更加均匀。