CN102995116A - 一种氮化铝晶体制备炉及其保温装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种氮化铝晶体制备炉的保温装置，包括用于套设在加热器外侧的保温筒；设置在坩埚底端的底部保温屏和设置在所述坩埚顶端的顶部保温屏。本发明提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置通过保温筒对加热器形成侧面保温层，通过底部保温屏对加热器的底端形成底部保温层，通过顶部保温屏对加热器的顶端形成顶部保温层，这样一来，本发明提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置对加热器的圆周侧面、顶部以及底部分别设置了保温层，提高了保温性能，有利于获取长晶要求的轴向温度梯度，提高了氮化铝晶体的生长质量。本发明还提供了一种氮化铝晶体制备炉，包括保温装置，所述保温装置为本发明提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置。

Description

一种氮化铝晶体制备炉及其保温装置

技术领域

本发明涉及氮化铝晶体制备技术领域，更具体地说，涉及一种氮化铝晶体制备炉的保温装置，本发明还涉及一种具有上述保温装置的氮化铝晶体制备炉。

背景技术

氮化铝晶体是一种优良的直接带隙宽禁带化合物半导体材料，具有高击穿场强，高热导率，化学和热稳定性好等优异性能，是非常理想的紫外光电子材料和用于高温，高频和大功率领域的电子材料。

目前，常采用PVT法（物理气相传输法）生长氮化铝单晶，其基本过程是氮化铝物料在高温下分解升华，然后在低温区结晶形成氮化铝晶体。使用PVT法制备氮化铝晶体时，生长温度，温差，氮化铝物料的杂质含量以及生长过程中氮化铝物料的升华速率对氮化铝的结晶质量和生长速度起重要作用。

为了获得高品质的氮化铝晶体生长环境，需要在氮化铝晶体制备炉上设置保温性能较好的隔热材料，以使其发挥较好地保温隔热性能；但是现有技术中的氮化铝晶体制备炉的保温性能比较差，难以获取长晶要求的轴向温度梯度，进而影响了氮化铝晶体的生长质量。

综上所述，如何提供一种氮化铝晶体制备炉的保温装置，以提高保温性能，有利于获取长晶要求的轴向温度梯度，进而提高氮化铝晶体的生长质量，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氮化铝晶体制备炉的保温装置，以提高保温性能，有利于获取长晶要求的轴向温度梯度，进而提高氮化铝晶体的生长质量。

本发明还提供了一种具有上述保温装置的氮化铝晶体制备炉。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种氮化铝晶体制备炉的保温装置，包括：

用于套设在加热器外侧的保温筒；

设置在坩埚底端的底部保温屏；和

设置在所述坩埚顶端的顶部保温屏。

优选的，上述氮化铝晶体制备炉的保温装置中，还包括套设在所述保温筒外侧的侧面保温屏。

优选的，上述氮化铝晶体制备炉的保温装置中，还包括设置在炉底盘顶端的锆盘，所述底部保温屏和所述侧面保温屏均设置在所述锆盘上。

优选的，上述氮化铝晶体制备炉的保温装置中，还包括具有水冷装置的法兰，且所述顶部保温屏设置在所述法兰上。

优选的，上述氮化铝晶体制备炉的保温装置中，所述顶部保温屏包括第一保温层和套设在所述第一保温层外侧的第二保温层；所述第一保温层由依次套设连接的多层第一保温片构成，所述第二保温层由依次套设连接的多层第二保温片构成，所述第一保温片和所述第二保温片的中心轴线均重合；

所述底部保温屏包括第三保温层和套设在所述第三保温层外侧的第四保温层；所述第三保温层由依次套设连接的多层第三保温片构成，所述第四保温层由依次套设连接的多层第四保温片构成，所述第三保温片和所述第四保温片的中心轴线均重合。

优选的，上述氮化铝晶体制备炉的保温装置中，所述第一保温片和所述第三保温片均为钨片，相邻的两层所述钨片之间设有第一间隔；所述第二保温片和所述第四保温片均为钼片，相邻的两层所述钼片之间设有第二间隔；所述第一间隔和所述第二间隔均为3mm-10mm。

优选的，上述氮化铝晶体制备炉的保温装置中，所述顶部保温屏和所述底部保温屏上分别设置有测温孔。

优选的，上述氮化铝晶体制备炉的保温装置中，所述保温筒的中心轴线与所述坩埚的坩埚轴的中心轴线相重合，所述保温筒的内壁与所述底部保温屏的外壁相配合，且所述保温筒的壁厚为2mm-20mm。

优选的，上述氮化铝晶体制备炉的保温装置中，所述保温筒为整体加工成型的圆柱形钨筒。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置通过保温筒对加热器形成侧面保温层，通过底部保温屏对加热器的底端形成底部保温层，通过顶部保温屏对加热器的顶端形成顶部保温层，这样一来，本发明提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置对加热器的圆周侧面、顶部以及底部分别设置了保温层，提高了保温性能，有利于获取长晶要求的轴向温度梯度，进而提高了氮化铝晶体的生长质量。

本发明还提供了一种氮化铝晶体制备炉，包括保温装置，所述保温装置为上述任一种保温装置，由于上述保温装置具有上述效果，具有上述保温装置的氮化铝晶体制备炉具有同样的效果，故本文不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种氮化铝晶体制备炉的保温装置，提高了保温性能，有利于获取长晶要求的轴向温度梯度，进而提高了氮化铝晶体的生长质量。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考附图1，本发明实施例提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置包括：用于套设在加热器外侧的保温筒4；设置在坩埚底端的底部保温屏5和设置在坩埚顶端的顶部保温屏1。

本发明实施例提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置通过保温筒4对加热器形成侧面保温层，通过底部保温屏5对加热器的底端形成底部保温层，通过顶部保温屏1对加热器的顶端形成顶部保温层，这样一来，本发明实施例提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置对加热器的圆周侧面、顶部以及底部分别设置了保温层，提高了保温性能，有利于获取长晶要求的轴向温度梯度，进而提高了氮化铝晶体的生长质量。

此外，本发明实施例提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置能够适用于通过电阻加热方式对坩埚进行加热氮化铝晶体制备炉，实现了晶体的生长。

优选的，上述实施例提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置还包括套设在保温筒4外侧的侧面保温屏3。侧面保温屏3和保温筒4共同对加热器的侧面进行保温，形成侧面保温层，进一步提高了保温效果。

进一步的，上述实施例提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置还包括设置在炉底盘顶端的锆盘7，底部保温屏5和侧面保温屏3均设置在锆盘7上。锆盘7具有较好的绝热性，能够确保了热能不会直接传导给炉底盘，进一步提高了保温性能。

上述实施例提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置中，还包括具有水冷装置的法兰2，且顶部保温屏1设置在法兰2上。在氮化铝晶体制备的过程中，法兰2上的水冷装置能够带走顶部保温屏1的部分热量，降低了坩埚顶部的温度，便于坩埚顶部和底部快速形成温差，有利于在更小的行程范围内温度梯度的形成，从而实现了大幅度范围的温度调节区。

优选的，上述实施例提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置中，顶部保温屏1包括第一保温层和套设在第一保温层外侧的第二保温层；第一保温层由依次套设连接的多层第一保温片构成，第二保温层由依次套设连接的多层第二保温片构成，第一保温片和第二保温片的中心轴线均重合；

底部保温屏5包括第三保温层和套设在第三保温层外侧的第四保温层；第三保温层由依次套设连接的多层第三保温片构成，第四保温层由依次套设连接的多层第四保温片构成，第三保温片和第四保温片的中心轴线均重合。

顶部保温屏1和底部保温屏5分别通过多层保温片进行保温，提高了保温性能，有利于晶体生长温度所需的梯度的形成，提高了晶体生长的速度。

进一步的，上述实施例中，顶部保温屏1的第一保温层、底部保温屏5的第三保温层均靠近加热器，处于温度较高的区域，所以需要耐热性较好的保温层。本实施例将第一保温片和第三保温片均优选为钨片，则第一保温层和第三保温层均由依次套设连接的多层钨片构成，相邻的两层钨片之间设有第一间隔。钨片为由钨材料制成的圆环形片状结构，具有较好的保温性能和耐热性，避免了高温导致保温层融化的发生。

顶部保温屏1的第二保温层、底部保温屏5的第四保温层均远离加热器，处于温度较低的区域，如果使用和第一保温层、第三保温层相同的保温材料，就会导致材料的浪费。本实施例将第二保温片和第四保温片均优选为钼片，则第二保温层和第四保温层均由依次套设连接的多层钼片构成，相邻的两层钼片之间设有第二间隔。钼片为由钼材料制成的圆环形片状结构，具有保温性能和耐热性。

综上可知，顶部保温屏1和底部保温屏5均为由钼片与钨片配合构成的钨钼保温屏，提高了保温性能，且避免材料的浪费，降低了保温材料的投入成本。

同时，由于本实施例中第一保温片和第二保温片的中心轴线相重合，第三保温片和第四保温片的中心轴线相重合，能够保证加热器即坩埚内部温度场的均匀性，提高了晶体生长的质量。

为了保证较好的保温隔热性，上述第一间隔和第二间隔均为3mm-10mm。第一间隔和第二间隔可以为3mm-10mm范围内的任一数值。当然，根据实际应用场合，保温片之间的间隔还可以为其他数值，本实施例对此不做具体限定。

为了进一步优化上述技术方案，顶部保温屏1和底部保温屏5上分别设置有测温孔。操作人员可以通过上述测温孔分别对坩埚的顶部和底部进行测温，从而找出晶体生长所需的最佳温度梯度，便于对加热器温度的调节。

优选的，上述实施例提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置中，保温筒4的中心轴线与坩埚的坩埚轴6的中心轴线相重合，保温筒4的内壁与底部保温屏5的外壁相配合，且保温筒4的壁厚为10mm-20mm。这样一来，使保温筒4、底部保温屏5以及坩埚轴6的中心轴线均相互重合，保证了内部温度场的均匀性，提高了氮化铝晶体的质量。为了保证保温筒4对加热器侧面的保温性，保温筒4的壁厚优选为2mm-20mm。

进一步的，上述实施例提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置中，保温筒4为整体加工成型的圆柱形钨筒。此时，保温筒4由高纯钨材料整体加工成型，具有较好的耐热性和保温性，且避免了分体加工时造成的误差，并能够保证保温筒4的圆度，使其同心度好，保证了内部温度场较好的均匀性。

本发明实施例还提供了一种氮化铝晶体制备炉，包括保温装置，该保温装置为本发明任意一项实施例提供的氮化铝晶体制备炉的保温装置。

上述的氮化铝晶体制备炉采用本实施例提供的保温装置，提高了保温性能，有利于获取长晶要求的轴向温度梯度，进而提高了氮化铝晶体的生长质量，其优点是由保温装置带来的，具体的请参考上述实施例中相关的部分，在此就不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种氮化铝晶体制备炉的保温装置，其特征在于，包括：

用于套设在加热器外侧的保温筒（4）；

设置在坩埚底端的底部保温屏（5）；和

设置在所述坩埚顶端的顶部保温屏（1）。

2.根据权利要求1所述的氮化铝晶体制备炉的保温装置，其特征在于，还包括套设在所述保温筒（4）外侧的侧面保温屏（3）。

3.根据权利要求2所述的氮化铝晶体制备炉的保温装置，其特征在于，还包括设置在炉底盘顶端的锆盘（7），所述底部保温屏（5）和所述侧面保温屏（3）均设置在所述锆盘（7）上。

4.根据权利要求3所述的氮化铝晶体制备炉的保温装置，其特征在于，还包括具有水冷装置的法兰（2），且所述顶部保温屏（1）设置在所述法兰（2）上。

5.根据权利要求1所述的氮化铝晶体制备炉的保温装置，其特征在于，所述顶部保温屏（1）包括第一保温层和套设在所述第一保温层外侧的第二保温层；所述第一保温层由依次套设连接的多层第一保温片构成，所述第二保温层由依次套设连接的多层第二保温片构成，所述第一保温片和所述第二保温片的中心轴线均重合；

所述底部保温屏（5）包括第三保温层和套设在所述第三保温层外侧的第四保温层；所述第三保温层由依次套设连接的多层第三保温片构成，所述第四保温层由依次套设连接的多层第四保温片构成，所述第三保温片和所述第四保温片的中心轴线均重合。

6.根据权利要求5所述的氮化铝晶体制备炉的保温装置，其特征在于，所述第一保温片和所述第三保温片均为钨片，相邻的两层所述钨片之间设有第一间隔；所述第二保温片和所述第四保温片均为钼片，相邻的两层所述钼片之间设有第二间隔；所述第一间隔和所述第二间隔均为3mm-10mm。

7.根据权利要求1所述的氮化铝晶体制备炉的保温装置，其特征在于，所述顶部保温屏（1）和所述底部保温屏（5）上分别设置有测温孔。

8.根据权利要求1所述的氮化铝晶体制备炉的保温装置，其特征在于，所述保温筒（4）的中心轴线与所述坩埚的坩埚轴（6）的中心轴线相重合，所述保温筒（4）的内壁与所述底部保温屏（5）的外壁相配合，且所述保温筒（4）的壁厚为2mm-20mm。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的氮化铝晶体制备炉的保温装置，其特征在于，所述保温筒（4）为整体加工成型的圆柱形钨筒。

10.一种氮化铝晶体制备炉，包括保温装置，其特征在于，所述保温装置为如权利要求1-9任意一项所述的氮化铝晶体制备炉的保温装置。