CN108642559A - 半导体晶体脱模装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体晶体脱模装置，用于分离晶体和PBN坩埚，脱模装置包括一加热炉体、一对固定滑轨，所述加热炉体一面开设一开口，加热炉体内设置有若干加热器，所述固定滑轨包括两条导轨、连接于两条导轨之间的一固定支架、连接于两条导轨之间的一支撑平台以及连接于两条导轨之间的一底座，两条导轨自加热炉体外通过开口延伸至加热炉体内，加热炉体滑动连接在两条导轨上并能够沿着导轨滑动，支撑平台与导轨之间为滑动连接，固定支架、底座与两条导轨之间为固定连接，底座与支撑平台之间设置有一升降杆，升降杆通过伸缩来调整支撑平台与底座之间的距离。

Description

半导体晶体脱模装置及方法
技术领域
本发明涉及一种半导体材料制备领域，尤其涉及一种半导体晶体脱模装置及方法。
背景技术
砷化镓(GaAs) 是继Ge、Si 之后的第二代半导体材料。目前工业上应用最为广泛的是VGF和VB法生长砷化镓单晶，采用PBN坩埚作为载体生长成所需要的形状和尺寸，PBN坩埚和晶体之间通常采用一层液封剂来防止砷化镓与坩埚直接接触，液封剂同时起到防止表面砷离解的作用。由于砷化镓的熔点为1238℃，而砷在613℃就会升华，为抑制砷元素的挥发，保证砷化镓多晶熔融后熔体内砷镓比为1:1，选用氧化硼作为液封剂，在往坩埚内装多晶料时，放入一定量的氧化硼；氧化硼熔点为450℃，在长晶初期升温过程中，氧化硼先熔化填充坩埚中多晶料空隙；当温度继续升高至多晶料熔化时，由于氧化硼熔体比砷化镓熔体密度低，氧化硼最终会浮在砷化镓顶部形成液封层。液封层既可以防止砷挥发，同时可以减少杂质进入，还能起到减少坩埚内壁对晶体生长影响、提高成品率的重要作用。
由于退火冷却到常温后的砷化镓单晶和氧化硼粘结在一起，自然条件下无法让砷化镓晶体脱离PBN坩埚，现有的脱模方法是利用甲醇与氧化硼反应来脱模。但是这种脱模方法有以下弊端：1、甲醇具有一定的毒性，污染环境并危害人体健康；2、甲醇很难渗进PBN坩埚籽晶腔和锥部区域与氧化硼反应，所以脱模时间长，效率低；3、在装料过程中空气中会含有一定的水分，高温下PBN 坩埚表面仅粘附了一层薄薄的氧化硼，经甲醇腐蚀后的PBN坩埚表面会分层脱落，影响PBN坩埚使用寿命。
所以，有必要设计一种新的半导体晶体脱模装置及方法以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的半导体晶体脱模装置及方法以解决现有技术脱模困难的问题。
为实现前述目的，本发明采用如下技术方案：一种半导体晶体脱模装置，用于分离晶体和PBN坩埚，脱模装置包括一加热炉体、一对固定滑轨，所述加热炉体一面开设一开口，加热炉体内设置有若干加热器，所述固定滑轨包括两条导轨、连接于两条导轨之间的一固定支架、连接于两条导轨之间的一支撑平台以及连接于两条导轨之间的一底座，两条导轨自加热炉体外通过开口延伸至加热炉体内，加热炉体滑动连接在两条导轨上并能够沿着导轨滑动，支撑平台与导轨之间为滑动连接，固定支架、底座与两条导轨之间为固定连接，底座与支撑平台之间设置有一升降杆，升降杆通过伸缩来调整支撑平台与底座之间的距离。
作为本发明的进一步改进，自支撑平台上凸伸出一支撑杆。
作为本发明的进一步改进，开口位于加热炉体的下表面。
作为本发明的进一步改进，支撑平台能够完全盖住开口。
作为本发明的进一步改进，加热炉体还包括包覆于加热器外的保温层。
同时提出一种半导体晶体脱模方法，采用上述的脱模装置，其包括如下步骤：
S1：装炉：把取出后的PBN坩埚和晶体固定于脱模装置上，PBN坩埚固定于固定支架上，而晶体固定于支撑平台的支撑杆上；加热炉体沿着导轨滑动下降至支撑平台与开口正好契合，且PBN坩埚和晶体位于加热区内；
S2：加热脱模：启动加热器进行加热，目标温度设置为450～600℃，到达目标温度后保温1-3小时；然后通过升降杆调整支撑平台与固定支架之间的距离，进而使晶体与PBN坩埚缓慢分离；
S3：冷却：分离后的晶体和PBN坩埚冷却到常温，取出晶体和PBN坩埚。
作为本发明的进一步改进，S3中，升降杆的升降速度为10～20mm/min。
本发明半导体晶体脱模装置及方法充分利用液封剂氧化硼的物理特性，在达到氧化硼的熔点后，利用脱模装置100，将晶体和PBN坩埚分离，不会用到甲醇，也就不会对环境造成污染，晶体和PBN坩埚都能保持完整的形状，PBN坩埚能做到多次重复使用，降低生产成本。
附图说明
图1为放置PBN坩埚和晶体时的结构示意图。
图2为支撑平台123完全盖住开口111时的结构示意图。
图3为晶体和PBN坩埚分离时的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1-3，本发明提出一种半导体晶体脱模装置100，用于分离晶体300和PBN坩埚200，脱模装置100包括一加热炉体110、一对固定滑轨120，所述加热炉体110一面开设一开口111，加热炉体110内设置有若干加热器112，所述固定滑轨120包括两条导轨121、连接于两条导轨121之间的一固定支架122、连接于两条导轨121之间的一支撑平台123以及连接于两条导轨121之间的一底座124，两条导轨121自加热炉体110外通过开口111延伸至加热炉体110内，加热炉体110滑动连接在两条导轨121上并能够沿着导轨121滑动，支撑平台123与导轨121之间为滑动连接，固定支架122、底座124与两条导轨121之间为固定连接，底座124与支撑平台123之间设置有一升降杆124a，升降杆124a通过伸缩来调整支撑平台123与底座124之间的距离，而晶体200随着PBN坩埚300固定在固定支架122和支撑平台123上，加热炉体110内设置有若干加热器112。
开口111位于加热炉体110的下表面。加热炉体110为整个装置提供加热的环境。
支撑平台123能够完全盖住开口111，进而加热炉体110成为一个密封的炉体。
加热炉体110还包括包覆于加热器112外的保温层113。保温层113起到保温的作用。
自支撑平台123上凸伸出一支撑杆125，PBN坩埚200固定在固定支架122上，而晶体300固定在支撑杆125上。在本实施例中，支撑平台123水平延伸，而支撑杆125则竖直延伸，支撑杆125便于晶体300的固定。
图1-图3分别为半导体晶体脱模装置100的三种不同的状态，图1为放置PBN坩埚和晶体时的结构示意图。图2为支撑平台123完全盖住开口111时的结构示意图。图3为晶体和PBN坩埚分离时的结构示意图。
本发明同时提出了一种半导体晶体脱模方法，采用上述的脱模装置100，其包括如下步骤：
S1：装炉：把取出后的PBN坩埚和晶体固定于脱模装置上，PBN坩埚固定于固定支架上，而晶体固定于支撑平台的支撑杆上；加热炉体沿着导轨滑动下降至支撑平台与开口正好契合，且PBN坩埚和晶体位于加热区内；
S2：加热脱模：启动加热器进行加热，目标温度设置为450～600℃，到达目标温度后保温1-3小时；然后通过升降杆调整支撑平台与固定支架之间的距离，进而使晶体与PBN坩埚缓慢分离；
S3：冷却：分离后的晶体和PBN坩埚冷却到常温，取出晶体和PBN坩埚。
在本发明的某些实施例中，S1前还包括破管过程，破管过程具体为：晶体出炉后冷却到室温，用工具将石英管敲碎，取出PBN坩埚和晶体。
在本发明的某些实施例中，S3中，升降杆的升降速度为10～20mm/min。
本发明半导体晶体脱模装置及方法充分利用液封剂氧化硼的物理特性，在达到氧化硼的熔点后，利用脱模装置100，将晶体和PBN坩埚分离，不会用到甲醇，也就不会对环境造成污染，晶体和PBN坩埚都能保持完整的形状，PBN坩埚能做到多次重复使用，降低生产成本。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (7)

1.一种半导体晶体脱模装置，用于分离晶体和PBN坩埚，其特征在于：脱模装置包括一加热炉体、一对固定滑轨，所述加热炉体一面开设一开口，加热炉体内设置有若干加热器，所述固定滑轨包括两条导轨、连接于两条导轨之间的一固定支架、连接于两条导轨之间的一支撑平台以及连接于两条导轨之间的一底座，两条导轨自加热炉体外通过开口延伸至加热炉体内，加热炉体滑动连接在两条导轨上并能够沿着导轨滑动，支撑平台与导轨之间为滑动连接，固定支架、底座与两条导轨之间为固定连接，底座与支撑平台之间设置有一升降杆，升降杆通过伸缩来调整支撑平台与底座之间的距离。
2.根据权利要求1 所述的半导体晶体脱模装置，其特征在于：自支撑平台上凸伸出一支撑杆。
3.根据权利要求2所述的半导体晶体脱模装置，其特征在于：开口位于加热炉体的下表面。
4.根据权利要求3所述的半导体晶体脱模装置，其特征在于：支撑平台能够完全盖住开口。
5.根据权利要求4 所述的半导体晶体脱模装置，其特征在于：加热炉体还包括包覆于加热器外的保温层。
6.一种半导体晶体脱模方法，其特征在于：采用权利要求1-5的脱模装置，其包括如下步骤：
S1：装炉：把取出后的PBN坩埚和晶体固定于脱模装置上，PBN坩埚固定于固定支架上，而晶体固定于支撑平台的支撑杆上；加热炉体沿着导轨滑动下降至支撑平台与开口正好契合，且PBN坩埚和晶体位于加热区内；
S2：加热脱模：启动加热器进行加热，目标温度设置为450～600℃，到达目标温度后保温1-3小时；然后通过升降杆调整支撑平台与固定支架之间的距离，进而使晶体与PBN坩埚缓慢分离；
S3：冷却：分离后的晶体和PBN坩埚冷却到常温，取出晶体和PBN坩埚。
7.根据权利要求6所述的半导体晶体脱模方法，其特征在于：S3中，升降杆的升降速度为10～20mm/min。
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