[实用新型]一种晶体生长装置

说明书

一种晶体生长装置，涉及晶体制备领域，尤其涉及使用提拉法制备低应力、低缺陷晶体的装置。包括炉体，置于炉体底部的坩埚及加热保温系统，晶体提拉机构，石英观察窗，所述装置还包括可升降式加热罩机构，包括加热罩体、加热罩支撑部件、设置在加热罩体四周的加热丝、加热罩升降机构。采用本装置，可以降低晶体生长过程中、以及晶体提起后降温过程中晶体内的应力，降低缺陷，避免晶体开裂，同时保持熔体内的温度梯度，保证晶体生长过程稳定，从而保证晶体成品率。

技术领域

本实用新型涉及晶体制备领域，尤其涉及使用提拉法制备低应力、低缺陷晶体的装置。

背景技术

提拉法是一种从熔体中生长晶体的放法，是半导体晶体、光学晶体等的常见生长方法，该方法具有成品率高、生长速度快、易观察等特点。

提拉法常用单一加热器的生长方式。提拉法因为要将晶体提拉出熔体，尤其是提拉至较高位置时，先提拉出来的部分晶体，会因周边氛围温度较低而降温至较低温度。而晶体生长固液界面处的温度，一直维持在晶体熔点附近，因此，假设晶体中的纵向温度分布是线性分布的，那么晶体中的梯度约等于(T界-T表)/L，L 为晶体生长固液界面到晶体表面的距离，T表为晶体表面温度，T界为晶体生长固液界面处温度（约为该晶体的熔点温度）。在稳态生长过程中，T界约等于晶体的熔点温度，约为固定值。而降低晶体温度梯度的主要方式为提高晶体表面温度T表。对提拉出来的晶体进行保温和加热，从而提高晶体表面温度梯度是较为常见的方法。

目前，主流的方式为在坩埚和晶体上方增加保温罩和后加热器的方式，如中国专利申请201810509188.0 披露了提拉法CeAlO3晶体生长装置及其控制方法，其技术方案是设置了两组固定的加热机构，并且分别对坩埚加热和提拉出来的晶体进行加热，加热器和上方的盖子对整个熔体形成了覆盖。但此种方式尽管在一定程度上对晶体起到保温作用，但在实际应用中存在着较大的缺陷。首先，加热器和上方的盖子对坩埚体的整体覆盖，降低了熔体温度梯度，从而导致了晶体生长过程容易失稳，晶体出现孪晶，甚至多晶化。尤其在晶体生长的早期阶段（引晶和放肩阶段），晶体处于温度梯度较低的熔体中心区域，生长不平稳，晶体非常容易多晶化。并且，此种方法在用于生长含有易挥发元素的化合物晶体（如磷化铟，砷化镓，磷化镓，砷化铟，锑化铟，锑化镓，磷锗锌等）时，后加热器对晶体加热，会造成晶体离解，也就是易挥发元素的挥发到气氛中。晶体离解程度严重的话，会导致晶体不可用。因此，使用这种热场生长易挥发元素的化合物晶体，后加热器的功率受到了限制。

中国专利申请200910112711.7披露了两段加热提拉法生长大尺寸钨酸钇钠晶体的方法与装置，同样是设置了两组固定的加热机构，分别对坩埚加热和提拉出来的晶体进行加热。但是此种装置，晶体正上方处于开放状态，散热将比较严重，对晶体的保温作用不强，降低应力效果不明显。尤其对于含有易挥发元素晶体来说，被加热的晶体，在相对敞开的环境中，离解现象将非常的严重。对于某些生长环境压力较高的材料来说，高压气流将对未封闭的晶体起到强烈散热作用，从而降低后加热器的加热效果。

中国专利申请201910631648.1披露了一种适用于提拉法的线圈可移动式温场结构与单晶生长方法，采用的技术方案是在坩埚上方设置后加热筒，通过移动加热线圈分别加热坩埚和后加热筒。此种装置使用外置的移动线圈，可同时对坩埚和后加热筒进行加热，两者之间有功率干扰，控制精度不高。晶体生长，对坩埚内温度的稳定性要求很高，加热坩埚的线圈移动，将对热场产生较大的影响，况且再同时将加热筒进行感应，对线圈功率进行分流，很容易造成熔体温度梯度大范围波动，导致晶体生长失败。保温筒与晶体的相对位置较远，后加热桶对整个环境起到加热作用，从而会降低整个环境，包括熔体内的温度梯度，也会造成晶体生长具有较低的稳定性。并且此线圈装置，分别对熔体和晶体生长结束降温过程中的晶体进行加热，而对晶体生长中的晶体的保温和加热作用不明显，对晶体生长过程中因晶体上下端温差而产生的应力以及位错等缺陷没有明显改善作用。

发明内容

本实用新型的目的是解决现有技术存在的问题。