CN113564700A - 提高外延片发光均匀度的外延托盘 - Google Patents
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Abstract
本公开公开了一种提高外延片发光均匀度的外延托盘,属于外延生长技术领域。在每相邻的两个凹槽圈之间增加一个同心的调整圈,调整圈包括的多个沿外延托盘的周向均匀分布的条形槽,条形槽内主要为空气,降低空白区域的传热效应,减小两个相邻的凹槽圈之间的空白区域会积累的热量,由此减小空白区域的温度对临近的凹槽圈内的圆形凹槽的影响。每个条形槽的长度方向均垂直于外延托盘的一条直径,条形槽构成的调整圈也接近环状,提高外延托盘整体的温度的一致性并由此提高外延片的发光均匀度与一致性。
Description
技术领域
本公开涉及外延生长技术领域,特别涉及一种提高外延片发光均匀度的外延托盘。
背景技术
外延托盘是金属有机化合物化学气相沉积(英文:Metal-organic ChemicalVapor Deposition,简称:MOCVD)设备的一部分,外延托盘为圆柱体,外延托盘的一端的端面上设置有多个同心的凹槽圈,每个凹槽圈都包括多个沿外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽。外延托盘的另一端的端面与MOCVD设备的驱动结构相连。
在制备外延片时,需要将衬底一一对应放在每个圆形凹槽内,衬底被支撑在圆形凹槽的底面上,反应腔内的反应气流作用在衬底的表面以生成外延材料并最终得到外延片。但凹槽圈与凹槽圈之间存在较大的没有圆形凹槽存在的空白区域,这些空白区域会受到气流的持续冲击,又没有化学反应释放热量,空白区域的热量会积累并导致临近的圆形凹槽靠近空白区域的温度较高,导致圆形凹槽内衬底上生长得到的外延片的均匀度与一致性较差。
发明内容
本公开实施例提供了一种提高外延片发光均匀度的外延托盘,能够提高在衬底上生长的外延材料的均匀度以提高最终得到的外延片的发光均匀度。所述技术方案如下:
本公开实施例提供了一种提高外延片发光均匀度的外延托盘,所述外延托盘为圆柱体,所述外延托盘的一端的端面具有多个同心的凹槽圈,每个所述凹槽圈都包括多个沿所述外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽,
所述外延托盘还包括多个同心的调整圈,每相邻的两个所述凹槽圈之间均具有一个同心的所述调整圈,每个所述调整圈包括多个沿所述外延托盘的周向均匀分布的条形槽,每个所述条形槽的长度方向均垂直于所述外延托盘的一条直径。
可选地,相邻的两个所述凹槽圈中,以直径小的一个所述凹槽圈为第一凹槽圈,以直径大的另一个所述凹槽圈为第二凹槽圈,以所述第一凹槽圈与所述第二凹槽圈之间的调整圈为第一调整圈,
所述第一调整圈和所述第二凹槽圈之间的最小距离,与所述第一调整圈和所述第一凹槽圈之间的最小距离之比为1:3~1:6。
可选地,所述第一调整圈和所述第二凹槽圈之间的最小距离为10~40μm,所述第一调整圈和所述第一凹槽圈之间的最小距离为5~20μm。
可选地,所述第一调整圈所包括的所述多个条形槽与所述第二凹槽圈所包括的所述多个圆形凹槽一一对应,且所述外延托盘与每个所述圆形凹槽的圆心的连线均经过所述圆形凹槽对应的所述条形槽。
可选地,在所述外延托盘的径向上,所述条形槽的长度随所述多个调整圈的直径的增加而增加。
可选地,相邻的两个所述条形槽之间的最小距离为5~15μm。
可选地,所述条形槽的深度与所述外延托盘的厚度之比为1:800~1:200。
可选地,所述条形槽的深度为20~80μm。
可选地,所述条形槽的长度为15~60μm。
可选地,所述条形槽的宽度为10~35mm。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
外延托盘的一端的端面具有多个同心的凹槽圈,且每个凹槽圈都包括多个沿外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽。圆形凹槽内放置衬底,在外延托盘转动时,可以保证反应气流稳定流动到衬底表面进行生长。在每相邻的两个凹槽圈之间增加一个同心的调整圈,调整圈包括的多个沿外延托盘的周向均匀分布的条形槽,可以减小凹槽圈之间的空白区域与气流的接触面积,条形槽内主要为空气,这一部分会降低空白区域的传热效应,减小两个相邻的凹槽圈之间的空白区域会积累的热量,由此减小空白区域的温度对临近的凹槽圈内的圆形凹槽的影响,提高外延托盘整体的温度的一致性,传递到圆形凹槽内的衬底的温度也较为均匀,衬底上生长得到的外延片的质量也较为均匀。而由于反应腔内是螺旋吹入气流,空白区域受热的部位接近环形,每个条形槽的长度方向均垂直于外延托盘的一条直径,条形槽构成的调整圈也接近环状,可以有效降低空白区域的温度对临近的圆形凹槽的影响,提高外延托盘整体的温度的一致性并由此提高外延片的发光均匀度与一致性。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例,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是本公开实施例提供的外延托盘的俯视图;
图2是本公开实施例提供的条形槽的放大图;
图3是本公开实施例提供的外延托盘的结构示意图;
图4是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片制备方法流程图;
图5是本公开实施例提供的发光二极管外延片的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。同样,“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制,而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同,并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的另一端。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则所述相对位置关系也可能相应地改变。
为便于理解,此处先对平边衬底的结构进行说明,图1是本公开实施例提供的外延托盘的俯视图,参考图1可知,本公开实施例提供了一种提高外延片发光均匀度的外延托盘,外延托盘为圆柱体,外延托盘的一端的端面具有多个同心的凹槽圈1,每个凹槽圈1都包括多个沿外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽101。
外延托盘还包括多个同心的调整圈2,每相邻的两个凹槽圈1之间均具有一个同心的调整圈2,每个调整圈2包括多个沿外延托盘的周向均匀分布的条形槽201,每个条形槽201的长度方向均垂直于外延托盘的一条直径。
外延托盘的一端的端面具有多个同心的凹槽圈1,且每个凹槽圈1都包括多个沿外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽101。圆形凹槽101内放置衬底,在外延托盘转动时,可以保证反应气流稳定流动到衬底表面进行生长。在每相邻的两个凹槽圈1之间增加一个同心的调整圈2,调整圈2包括的多个沿外延托盘的周向均匀分布的条形槽201,可以减小凹槽圈1之间的空白区域与气流的接触面积,条形槽201内主要为空气,这一部分会降低空白区域的传热效应,减小两个相邻的凹槽圈1之间的空白区域会积累的热量,由此减小空白区域的温度对临近的凹槽圈1内的圆形凹槽101的影响,提高外延托盘整体的温度的一致性,传递到圆形凹槽101内的衬底的温度也较为均匀,衬底上生长得到的外延片的质量也较为均匀。而由于反应腔内是螺旋吹入气流,空白区域受热的部位接近环形,每个条形槽201的长度方向均垂直于外延托盘的一条直径,条形槽201构成的调整圈2也接近环状,可以有效降低空白区域的温度对临近的圆形凹槽101的影响,提高外延托盘整体的温度的一致性并由此提高外延片的发光均匀度与一致性。
并且实际上,单个的圆形凹槽101内衬底的温度的均匀度可以得到提高的同时,外延托盘上所有圆形凹槽101内的衬底的生长均匀度也可以得到一定的提高。保证外延托盘上生长得到的所有外延片的均匀度会较为接近,也可以便于产出同批次的发光度较为一致的外延片。
需要说明的是,衬底的温度对外延材料的厚度有直接影响,温度高的位置外延材料沉积快外延材料厚度大,温度低的位置外延材料沉积慢外延材料厚度小,因此衬底温度均匀时,在衬底上沉积的外延材料的厚度也较为均匀,出光较为均匀。对于部分包括In组分的发光层来说,In组分在温度均匀的情况下分布会更均匀,且In组分分布较为均匀时,发光二极管的发光也较为均匀,因此衬底温度均匀,也可以提高出光波长的一致性。
需要说明的是,在本公开所提供的实现方式中,凹槽圈1与调整圈2的圆心,均为外延托盘的一个端面的圆心。
在本公开所提供的一种实现方式中,凹槽圈1的数量可为2~5。本公开对此不做限制。
示例性地,条形槽201的长度可以小于圆形凹槽101的直径。
条形槽201的长度小于圆形凹槽101的直径,可以有效降低空白区域积累的热量的同时,保证外延托盘的整体的使用强度,保证外延材料的稳定生长。
可选地,在外延托盘的径向上,条形槽201的长度随多个调整圈2的直径的增加而增加。
由于是越靠近外延托盘的边缘部分则外延托盘的空白区域的面积越大,因此在外延托盘的径向上,条形槽201的长度随多个调整圈2的直径的增加而发生上述变化,可以降低外延托盘的边缘部分的空白区域会受到的气流以及热量的影响,有效提高外延托盘整体的均匀度。
在本公开所提供的一种实现方式中,条形槽201的长度可以随多个调整圈2的直径的增加而线性增大或者阶梯状增大。可以易于控制且生长得到的外延片的质量也较好,本公开对此不做限制。
可选地,在外延托盘的径向上,条形槽201的宽度随多个调整圈2的直径的增加而增大。
由于是越靠近外延托盘的边缘部分则外延托盘的空白区域的面积越大,因此在外延托盘的径向上,条形槽201的宽度随多个调整圈2的直径的增加而发生上述变化,可以降低外延托盘的边缘部分的空白区域会受到的气流以及热量的影响,有效提高外延托盘整体的均匀度。
需要说明的是,外延托盘的径向为沿外延托盘的某一条直径的方向,外延托盘的边缘部分为外延托盘的端面的边缘。
在本公开所提供的一种实现方式中,条形槽201的宽度可以随多个调整圈2的直径的增加而线性增大或者阶梯状增大。可以易于控制且生长得到的外延片的质量也较好,本公开对此不做限制。
需要说明的是,在本公开实施例中所提到的直径均为过圆心的最大直径。
示例性地,条形槽201在外延托盘的端面的正投影为椭圆形。
条形槽201采用类似椭圆形的结构,可以有效降低空白区域积累的热量的同时,保证最终得到的外延托盘的使用强度较好。
需要说明的是,在本公开所提供的其他实现方式中,条形槽201的在外延托盘的端面的正投影也可为矩形或者梭形,本公开对此不做限制。
可选地,条形槽201的长度为15~60μm。
条形槽201的长度在以上范围内,可以有效降低空白区域所积累的热量,同时保证最终得到的外延托盘的质量较好。
在本公开所提供的其他实现方式中,条形槽201的长度也可为15~50μm。可以进一步保证有效降低空白区域积累的热量的同时提高外延托盘的整体使用强度。
示例性地,条形槽201的宽度为10~35mm。
条形槽201的宽度在以上范围内,可以有效降低空白区域所积累的热量,同时保证最终得到的外延托盘的质量较好。
在本公开所提供的其他实现方式中,条形槽201的宽度也可为10~35mm。可以进一步保证有效降低空白区域积累的热量的同时提高外延托盘的整体使用强度。
可选地,相邻的两个条形槽201之间的最小距离为5~15μm。
相邻的两个条形槽201之间的最小距离在以上范围内,可以保证空白区域内没有布置条形槽201的区域相对较小,且条形槽201本身可以有效降低空白区域积累的热量的前提下,相邻的条形槽201之间的最小距离在以上范围也不会对圆形凹槽101的热量与温度造成太大影响。
参考图1可知,相邻的两个凹槽圈1中,以直径小的一个凹槽圈1为第一凹槽圈,以直径大的另一个凹槽圈1为第二凹槽圈,以第一凹槽圈与第二凹槽圈之间的调整圈2为第一调整圈。第一调整圈和第二凹槽圈之间的最小距离,与第一调整圈和第一凹槽圈之间的最小距离之比为1:3~1:6。
以相邻的第一凹槽圈与第二凹槽圈进行示例,第一凹槽圈与第二凹槽圈之间的第一调整圈可以设置在更为靠近直径较大的第二凹槽圈的空白区域内,减小更容易受到影响的第二凹槽圈被影响的可能性。并且第一调整圈和第二凹槽圈之间的最小距离,与第一调整圈和第一凹槽圈之间的最小距离之比在以上范围内时,可以保证第一凹槽圈与第二凹槽圈内的圆形凹槽101的质量不会受到条形槽201的影响,保证圆形凹槽101的正常使用强度。同时,也可以最大限度地降低第二凹槽圈受到的空白区域的热量的影响。
需要说明的是,由于反应腔内的反应气流是螺旋吹到外延托盘的表面的,而靠近外延托盘的端面的边缘的区域的反应气流的线速度会较大,线速度较大的反应气流对靠近外延托盘的端面的边缘区域的空白区域的影响较大,因此条形槽201更靠近直径较大的第二凹槽圈,也可以控制条形槽201更靠近外延托盘的端面的边缘区域,可以更有效地降低空白区域对圆形凹槽101的温度的影响,提高最终得到的外延片的生长均匀度与发光均匀度。
需要说明的是,第一调整圈和第二凹槽圈之间的最小距离,为第一调整圈所包括的条形槽201与第二凹槽圈所包括的圆形凹槽101之间存在的最小距离;第一调整圈和第一凹槽圈之间的最小距离,为第一调整圈所包括的条形槽201与第一凹槽圈所包括的圆形凹槽101之间存在的最小距离。
需要说明的是,本公开所提供的第一凹槽圈、第二凹槽圈与第一调整圈,可以为本公开中外延托盘上的任一两个相邻的凹槽圈1以及这两个凹槽圈1之间的调整圈2。此处将名称进行区分仅为便于理解,因此图1中没有对第一凹槽圈、第二凹槽圈与第一调整圈进行单独区分与标识。
可选地,第一调整圈和第二凹槽圈之间的最小距离为10~40μm,第一调整圈和第一凹槽圈之间的最小距离为5~20μm。
第一调整圈和第二凹槽圈之间的最小距离与第一调整圈和第一凹槽圈之间的最小距离分别在以上范围内时,能够保证条形槽201的分布较为合理,可以有效提高最终生长得到的外延片的发光均匀度并保证外延托盘的使用强度较好。
在本公开所提供的其他实现方式中,第一调整圈和第二凹槽圈之间的最小距离也可为10~30μm。本公开对此不做限制。
可选地,第一调整圈所包括的多个条形槽201与第二凹槽圈所包括的多个圆形凹槽101一一对应,且外延托盘与每个圆形凹槽101的圆心的连线均经过圆形凹槽101对应的条形槽201。
第一调整圈所包括的多个条形槽201与第二凹槽圈所包括的多个圆形凹槽101一一对应的同时,外延托盘与每个圆形凹槽101的圆心的连线均经过圆形凹槽101对应的条形槽201,可以使得条形槽201直接降低空白区域与圆形凹槽101之间的传热效果,以降低圆形凹槽101受到的来自空白区域的热量影响,保证圆形凹槽101的温度较为均匀,以得到生长较为均匀的外延片,外延片的发光均匀度与一致性也可以得到提高。
示例性地,在条形槽201在外延托盘的端面的正投影为类似椭圆形的对称图形的前提下,对称图形的对称轴可以与这一条形槽201对应的圆形凹槽101的圆心与外延托盘的圆心的连线重合。
可以降低条形槽201所需要占据的体积的同时,有效控制圆形凹槽101会受到的来及空白区域的热量的影响。
为便于理解,此处提供图2,图2是本公开实施例提供的条形槽的放大图,图1与图2中将条形槽201的长度、条形槽201的宽度、相邻的两个条形槽201之间的最小距离、第一调整圈和第二凹槽圈之间的最小距离、第一调整圈和第一凹槽圈之间的最小距离分别标识为L、B、D1、D2、D3。
图3是本公开实施例提供的外延托盘的结构示意图,参考图3可知,条形槽201的深度与外延托盘的厚度之比可为1:800~1:200。
条形槽201的深度与外延托盘的厚度之比在以上范围内,条形槽201的深度设置较为合理,不会影响到外延托盘的稳定使用,且可以最大限度地降低空白区域的热量对圆形凹槽101的影响。有效提高最终得到的外延片的生长均匀度与发光均匀度。
可选地,条形槽201的深度为20~80μm。
条形槽201的深度在以上范围内时,可以保证外延托盘的稳定使用,并且有效降低空白区域的热量对圆形凹槽101的影响。有效提高最终得到的外延片的生长均匀度与发光均匀度。
在本公开所提供的其他实现方式中,条形槽201的深度也可为20~60μm。本公开对此不做限制。
为便于理解,图3中将条形槽201的深度、外延托盘的厚度分别标识为了H1与H2。
由于在外延托盘内圆形凹槽上生长得到的外延片通常用于制备发光二极管,此处可提供在本公开所提供的外延托盘上生长得到的发光二极管外延片的制备过程,具体过程可参考图4。
图4是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片制备方法流程图,参考图4可知,本公开实施例提供了一种发光二极管外延片制备方法,发光二极管外延片制备方法包括:
S201:提供一外延托盘,外延托盘为圆柱体,外延托盘的一端的端面具有多个同心的凹槽圈,每个凹槽圈都包括多个沿外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽。外延托盘还包括多个同心的调整圈,每相邻的两个凹槽圈之间均具有一个同心的调整圈,每个调整圈包括多个沿外延托盘的周向均匀分布的条形槽,每个条形槽的长度方向均垂直于外延托盘的一条直径。
S202:在每个圆形凹槽内放置衬底。
其中,衬底可为蓝宝石衬底。易于实现与制作。
S203:在衬底上生长GaN缓冲层。
示例性地,GaN缓冲层的生长温度可为530~560℃,压力可为200~500mtorr。得到的GaN缓冲层的质量较好。
S204:在GaN缓冲层上生长非掺杂GaN层。
非掺杂GaN层的厚度可为0.5~3um。
示例性地,非掺杂GaN层的生长温度可为1000~1100℃,生长压力控制在100~300torr。得到的非掺杂GaN层的质量较好。
S205:在非掺杂GaN层上生长n型层。
可选地,n型层为n型GaN层,n型GaN层的生长温度可为1000~1100℃,n型GaN层的生长压力可为100~300Torr。
可选地,n型GaN层的厚度可为0.5~3um。
S206:在n型层上生长发光层。
发光层可以包括交替生长的InGaN阱层和GaN垒层。反应室压力控制在200torr。生长InGaN阱层时,反应室温度为760~780℃。生长GaN垒层时,反应室温度为860~890℃。得到的发光层的质量较好。
S207:在发光层上生长AlGaN电子阻挡层。
AlGaN电子阻挡层的生长温度可为800~1000℃,AlGaN电子阻挡层的生长压力可为100~300Torr。在此条件下生长得到的AlGaN电子阻挡层的质量较好,有利于提高发光二极管的发光效率。
S208:在AlGaN电子阻挡层上生长p型层。
可选地,p型层为p型GaN层,p型GaN层的生长压力可为200~600Torr,p型GaN层的生长温度可为800~1000℃。
S209:在p型GaN层上生长p型接触层。
可选地,p型接触层的生长压力可为100~300Torr,p型接触层的生长温度可为800~1000℃。
需要说明的是,在本公开实施例中,采用VeecoK 465i or C4 or RB MOCVD(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition,金属有机化合物化学气相沉淀)设备实现发光二极管的生长方法。采用高纯H2(氢气)或高纯N2(氮气)或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气,高纯NH3作为N源,三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源,三甲基铟(TMIn)作为铟源,硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂,三甲基铝(TMAl)作为铝源,二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂。
执行完步骤S209后的发光二极管外延片的结构可参见图5。
图5是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图,参考图5可知,在本公开提供的一种实现方式中,得到的发光二极管外延片可包括衬底1及生长在衬底1上的GaN缓冲层2、非掺杂GaN层3、n型GaN层4、发光层5、AlGaN电子阻挡层6、p型GaN层7及p型接触层8。
需要说明的是,图5中所示的发光二极管外延片仅用于示例,在本公开所提供的其他实现方式中,外延托盘也可以用于生长其他类型的发光二极管外延片,或者生长不同的半导体外延片,本公开对此不做限制。
以上所述,并非对本公开作任何形式上的限制,虽然本公开已通过实施例揭露如上,然而并非用以限定本公开,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本公开技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本公开技术方案的内容,依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本公开技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种外延托盘,其特征在于,所述外延托盘为圆柱体,所述外延托盘的一端的端面具有多个同心的凹槽圈,每个所述凹槽圈都包括多个沿所述外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽,
所述外延托盘还包括多个同心的调整圈,每相邻的两个所述凹槽圈之间均具有一个同心的所述调整圈,每个所述调整圈包括多个沿所述外延托盘的周向均匀分布的条形槽,每个所述条形槽的长度方向均垂直于所述外延托盘的一条直径。
2.根据权利要求1所述的外延托盘,其特征在于,相邻的两个所述凹槽圈中,以直径小的一个所述凹槽圈为第一凹槽圈,以直径大的另一个所述凹槽圈为第二凹槽圈,以所述第一凹槽圈与所述第二凹槽圈之间的调整圈为第一调整圈,
所述第一调整圈和所述第二凹槽圈之间的最小距离,与所述第一调整圈和所述第一凹槽圈之间的最小距离之比为1:3~1:6。
3.根据权利要求2所述的外延托盘,其特征在于,所述第一调整圈和所述第二凹槽圈之间的最小距离为10~40μm,所述第一调整圈和所述第一凹槽圈之间的最小距离为5~20μm。
4.根据权利要求2所述的外延托盘,其特征在于,所述第一调整圈所包括的所述多个条形槽与所述第二凹槽圈所包括的所述多个圆形凹槽一一对应,且所述外延托盘与每个所述圆形凹槽的圆心的连线均经过所述圆形凹槽对应的所述条形槽。
5.根据权利要求1~4任一项所述的外延托盘,其特征在于,在所述外延托盘的径向上,所述条形槽的长度随所述多个调整圈的直径的增加而增加。
6.根据权利要求1~4任一项所述的外延托盘,其特征在于,相邻的两个所述条形槽之间的最小距离为5~15μm。
7.根据权利要求1~4任一项所述的外延托盘,其特征在于,所述条形槽的深度与所述外延托盘的厚度之比为1:800~1:200。
8.根据权利要求7所述的外延托盘,其特征在于,所述条形槽的深度为20~80μm。
9.根据权利要求1~4任一项所述的外延托盘,其特征在于,所述条形槽的长度为15~60μm。
10.根据权利要求1~4任一项所述的外延托盘,其特征在于,所述条形槽的宽度为10~35mm。
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