[发明专利]一种基于水平定向凝固法生长晶体的方法

权利要求书

1.一种基于水平定向凝固法生长晶体的方法，其特征在于，本方法采用单晶炉制备，单晶炉炉内依次形成有用于向坩埚内添加原料的备料区、用于熔融原料的熔料区以及晶体生长的生长区，在单晶炉炉外设有与备料区相连通的加料装置，并通过加料装置向坩埚内添加原料，然后水平移动装有原料的坩埚，使坩埚进入熔料区并使原料熔化；然后移动坩埚回到备料区，重复备料区加料和熔料区熔料，直到原料添加到需要的量并熔化，移动坩埚至生长区，即可进行晶体生长；

在生长晶体时，先对单晶炉炉内的空气抽净，再在添加原料前对坩埚加热至预定温度，以除去坩埚中易挥发物形成的杂质，保证产品成型质量；再次添加原料过程中原料附着于液体表面，以减少抽取真空过程中原料被抽吸，提高其利用率；

所述加料装置包括备料室和加料管，备料室斜向设于单晶炉炉外并与备料区相对应，备料室呈柱形壳状结构，且开口朝上，在备料室开口端密封安装有密封盖，备料室底部与加料管进料口相连通，加料管出料口斜向穿入单晶炉炉内且出料口位于备料区上方，加料管与单晶炉连接位置密封处理，以与单晶炉炉体形成相连通的密闭空间；在加料管上靠近备料室底部一端安装有进料阀门，以通过进料阀门开闭控制原料进入坩埚内。

2.根据权利要求1所述的一种基于水平定向凝固法生长晶体的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)备料：关闭备料室上的进料阀门，将原料装入备料室，关闭备料室上的密封盖；

(2)抽取真空：保持进料阀门关闭，将无原料的坩埚放入运动导轨上的托盘中，移动导轨使空坩埚置于熔料区，抽取真空至5×10^-3Pa以下；

(3)升温：保持真空抽取设备运行，启动加热电源，缓慢升温至预定温度；

(4)预热坩埚：升温结束后，保持加热功率不变，缓慢移动坩埚使坩埚各部分充分受热，持续一定时间以去除坩埚表面易挥发物；

(5)加料：将坩埚移动至备料区，缓慢打开进料阀门，使原料缓慢进入坩埚，通过单晶炉上的观察孔观察确保原料未溢出坩埚；

(6)熔料：关闭进料阀门，通过观察孔确认加料管道中原料完全进入坩埚后将坩埚缓慢移动至熔料区，保持一段时间使原料完全熔化，此时坩埚中的原料变成了液体，坩埚中空余空间增大；

(7)重复步骤(5)和步骤(6)，直到原料添加到需要的量并熔化；

(8)生长晶体：将坩埚移动至生长区，保持相应加热功率和真空度开始生长晶体。

3.根据权利要求2所述的一种基于水平定向凝固法生长晶体的方法，其特征在于，步骤(3)升温过程中，如真空度超过10^-2Pa，则暂停升温，待真空度达到5×10^-3Pa以下后，再继续升温。

4.根据权利要求2所述的一种基于水平定向凝固法生长晶体的方法，其特征在于，坩埚呈舟型，长度为120～200mm，宽度为90～120mm，高度为40～50mm，坩埚壁厚为0.4～0.6mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于水平定向凝固法生长晶体的方法，其特征在于，加料管与备料室的接口位于备料室底部边缘，以使原料由自身重力进入加料管。

6.根据权利要求5所述的一种基于水平定向凝固法生长晶体的方法，其特征在于，在备料室开口端端面开设有环形凹槽，环形凹槽内密封安装有凸出备料室开口端端面的密封圈。

7.根据权利要求6所述的一种基于水平定向凝固法生长晶体的方法，其特征在于，备料室侧壁为双层结构，双层结构中间为中空腔体，备料室侧壁分别设有与中空腔体相连通的进水管和出水管，通过进水管和出水管使冷却水在中空腔体内循环以给备料室降温，防止备料室过热。