CN100404730C - 一种晶体生长的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种晶体生长的装置及方法，坩埚熔体上方有一根可以升降的管状的热交换器，管状的热交换器的下端带有一个夹头，其上装有籽晶，在管状的热交换器内设置有向管状的热交换器内底部输送氦气的输气管。所述装置的晶体生长的方法，主要包括下列步骤：(1)、电阻加热器升温，使坩埚内原料熔化；(2)、籽晶的熔接，通过控制电阻加热器的功率和热交换器内氦气的流量；(3)、增加氦气量，冷却籽晶，控制晶体生长速度；(4)、向上提拉热交换器，降低电阻加热器的功率，使晶体生长界面往下推进；(5)、晶体生长完成后，晶体与坩埚内的熔体脱开分离，逐步降温至室温，晶体生长完成；由于晶体不与熔体、坩埚壁接触，缩短了晶体的降温时间和生产周期。
Description
技术领域
本发明涉及晶体生长技术领域，属于一种用于热场中熔体晶体生长的装置及方法。
背景技术
现有的热交换法晶体生长的装置(见图2所示)，其装置由坩埚4、筒形加热器2、热交换器1及保温层3构成，籽晶1位于坩埚4底部中心处，在坩埚外的底部中心处设置有一个与坩埚底紧密接触的管状热交换器1，管状热交换器内设置有通向管状热交换器内顶部输送氦气的输气管7。晶体在生长时，用加热器2升温加热，将放置在加热器中央坩埚中的固体原料熔化为熔体6，同时控制热交换器中氦气冷却量和加热器的功率，使籽晶不被熔化，与熔体良好接触；通过改变热交换器中氦气流量和变化速度控制带走热量，实现对晶体生长速度的控制，沿籽晶晶向生长晶体。由于籽晶在坩埚内的底部，晶体的生长方向由下向上四周扩展，坩埚内的原料全部结晶完成后，逐渐降温。该生长方法晶体冷却过程中，坩埚和晶体的冷却收缩率不一致，坩埚内的晶体容易被坩埚挤压开裂，严重影响晶体的质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶体生长的装置及方法，其可缩短晶体生长周期，避免晶体开裂，提高晶体的生长质量。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种晶体生长的装置，主要包括有一个筒形的电阻加热器，在筒形的电阻加热器的中央设置有一个坩埚，在筒形的加热器外部设置有保温层，其特征在于：坩埚熔体上方有一根可以升降的管状的热交换器，管状的热交换器的下端带有一个夹头，其上装有籽晶。降低管状的热交换器，使籽晶插入熔体中，控制好热交换器中氦气冷却量和加热器的功率，籽晶既不熔掉也不长大。同时改变热交换器中氦气流量和变化速度控制，通过冷却籽晶带走热量，实现对晶体生长的控制。
一种晶体生长的方法，它主要包括下列步骤；
(1)、电阻加热器升温，使坩埚内原料熔化，同时在热交换器内通入氦气冷却籽晶，使籽晶不被融化；
(2)、籽晶的熔接，通过控制电阻加热器的功率和热交换器内氦气的流量，使坩埚内的原料能充分熔化成熔体，而籽晶既不熔掉也不长大。
(3)、增加氦气量，降低籽晶的温度，籽晶与熔体接触处开始结晶晶体生长，生长界面以弧面扩张，晶体的生长速度由氦气流量增加的速度决定。
(4)、当晶体生长达到所需尺寸时，向上提拉热交换器，同时降低电阻加热器的功率，使晶体生长界面往下推进，直到晶体停止生长，由于在晶体生长的过程中进行提拉，晶体生长过程中，始终不与坩埚壁接触；从而消除了原先装置坩埚壁对晶体的应力影响，避免了晶体开裂的现象，提高了晶体的质量；
(5)、晶体生长完成后，提拉热交换器使晶体脱开坩埚内的熔体，由于晶体与坩埚、熔体分离，缩短了晶体的降温时间，从而缩短生产周期；
(6)晶体降温至室温，晶体生长完成。
本发明的优点是：结构简单、、工艺简单、使用方便，可提高晶体的质量和缩短生产周期。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图2为已有技术的结构示意图
具体实施方式
参见图1所示：一种晶体生长的装置，它主要包括有一个筒形的电阻加热器2；坩埚4位于筒形的电阻加热器的中央，其上方有一根可以升降的管状的热交换器，管状的热交换器的下端带有一个夹头，其上装有籽晶。在管状的热交换器1内设置有通向管状的热交换器内底部输送氦气的输气管7。筒形的电阻加热器外部则置有保温层3。
电阻加热器2可用石墨材料制成对称性好的筒形，而坩埚4处在筒形的电阻加热器2中央；热交换器1的作用是使籽晶5不被熔化，并控制冷却籽晶的速度，实现对晶体生长速度的控制。
一种晶体生长的方法，它主要包括下列步骤：
(1)、选Al2O3，10Kg放在坩埚内，电阻加热器升温至2100℃，使坩埚内Al2O3原料熔化，同时在热交换器内通入5升/分钟氦气冷却籽晶，使籽晶不被融化；
(2)、籽晶的熔接，通过控制电阻加热器的功率和热交换器内氦气的流量，使坩埚内的原料能充分熔化成熔体，而籽晶与熔体接触良好。
(3)、逐步增加氦气流量，控制晶体生长速度，籽晶与熔体接触处开始晶体生长，生长界面以弧面逐步扩张，晶体的生长速度由氦气流量增加的速度决定。
(4)、当晶体生长达到所需尺寸时，提拉热交换器，同时降低电阻加热器的功率，降低熔体的温度，以适当速率(如1℃/小时)进行降温，使晶体生长界面往下推进，直到晶体生长完成。
(5)、晶体生长完成后，提拉热交换器使晶体与熔体脱离，以3℃～200℃/小时速率降温，直至室温。由于晶体不与熔体、坩埚壁接触；从而降温过程中，消除了熔体、坩埚壁对晶体的影响，避免了晶体开裂的现象，提高了晶体的质量；缩短了晶体的降温时间和生产周期。
Claims (2)
1.一种晶体生长的装置，主要包括有一个筒形的电阻加热器，在筒形的电阻加热器的中央设置有一个坩埚，在筒形的加热器外部设置有保温层，其特征在于：坩埚熔体上方有一根可以升降的管状的热交换器，管状的热交换器的下端带有一个夹头，夹头上装有籽晶，在管状的热交换器内设置有通向管状的热交换器内底部输送氦气的输气管。
2.根据权利要求1所述装置的晶体生长的方法，它主要包括下列步骤：
(1)、选Al2O3，10Kg放在坩埚内，电阻加热器升温至2100℃，使坩埚内Al2O3原料熔化，同时在热交换器内通入5升/分钟氦气冷却籽晶，使籽晶不被融化；
(2)、籽晶的熔接，通过控制电阻加热器的功率和热交换器内氦气的流量，使坩埚内的原料能充分熔化成熔体，而籽晶与熔体接触良好；
(3)、逐步增加氦气流量，控制晶体生长速度，籽晶与熔体接触处开始晶体生长，生长界面以弧面逐步扩张，晶体的生长速度由氦气流量增加的速度决定；
(4)、当晶体生长达到所需尺寸时，提拉热交换器，同时降低电阻加热器的功率，降低熔体的温度，以速率1C°/小时进行降温，使晶体生长界面往下推进，直到晶体生长完成；
(5)、晶体生长完成后，提拉热交换器使晶体与熔体脱离，以3℃～200℃/小时速率降温，直至室温；由于晶体不与熔体、坩埚壁接触；从而降温过程中，消除了熔体、坩埚壁对晶体的影响，避免了晶体开裂的现象，提高了晶体的质量；缩短了晶体的降温时间和生产周期。
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