CN115233285A - 晶体生长装置及方法、tgs类晶体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种晶体生长装置和晶体生长方法、TGS类晶体，晶体生长装置包括水槽、生长室、籽晶杆和籽晶；水槽为环形槽体，水槽全部或部分包围住生长室的侧部和底部；水槽的侧面和/或水槽的上端面设置进水口和出水口；生长室的上端面和/或水槽的上端面设置有保温盖；籽晶粘接在籽晶杆的下端，籽晶杆可进出生长室；籽晶杆上设置有传热介质进口和传热介质出口。本发明通过对水槽和籽晶杆双向控温，使得籽晶生长处的温度及过冷度可根据晶体生长特性进行调整，从而使得在籽晶生长过程中整体更加适宜晶体生长，降低晶体生长过程中缺陷的产生，提高了晶体质量。
Description
技术领域
本发明涉及晶体生长技术领域，尤其涉及一种晶体生长装置及方法、TGS类晶体。
背景技术
硫酸三甘氨酸肽（TGS）、氘化TGS（DTGS）晶体是一种性能优越的热电探测材料，在红外技术中有广泛应用。
现有技术方案TGS类晶体的生长方法主要是将粘接籽晶的籽晶杆或者籽晶线伸入到生长溶液中，盛载生长溶液的生长装置至于水槽中，通过水槽控制生长装置内的溶液整体升降温，使得溶液过饱和析出溶质，籽晶吸收溶质进行生长。整个过程缓慢且容易出现局部温度失衡，造成晶体生长缓慢及杂晶（单晶中的严重缺陷区域形成新的形核长晶点，由此缺陷处会长出的新的小晶体）出现，影响单一晶体的快速生长，不利于生产效率提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型晶体生长装置，使得长晶时温度能多元控制，使得长晶时整体温度平稳合理，有效保证了晶体生长质量。
本发明的第一方面提供一种晶体生长装置，包括：水槽、生长室、籽晶杆和籽晶；
所述水槽为环形槽体，所述水槽全部或部分包围住所述生长室的侧部和底部；
所述水槽的侧面和/或所述水槽的上端面设置进水口和出水口；
所述生长室的上端面和/或所述水槽的上端面设置保温盖；
所述籽晶设置在所述籽晶杆的下端，所述籽晶杆可进出所述生长室；所述籽晶杆上设置有传热介质进口和传热介质出口。
在一种可实施的方式中，
所述水槽设置有至少一处进水口和一处出水口，优选地，所述水槽设置两处进水口和两处出水口，所述水槽的侧面设置有第一进水口和第一出水口，所述水槽的上端面设置有第二进水口和第二出水口。
在一种可实施的方式中，所述传热介质为水或气体。
在一种可实施的方式中，所述籽晶杆可旋转。
本发明中一方面通过对水槽和籽晶杆双向控温，使得长晶时整体温差更加平稳，降低晶体生长过程中缺陷产生，提高了晶体质量。另一方面籽晶杆的冷却模式，使得晶体生长区域的溶液过冷，加大溶液饱和度，使得溶质析出加快，提高生产效率。
本发明的第二方面提供一种晶体生长方法，采用如本发明的第一方面提供的晶体生长装置，所述晶体生长方法的步骤包括：
将原料放入所述生长室中，设置所述水槽的所述进水口的温度为T10；所述T10为70~90℃；
待原料溶解完毕后，将所述水槽的进水口的温度T10按照ΔT10的降温速率降低至T11，并保持时间t1；所述T11为50~80℃；所述ΔT10为0.5~5℃/h；所述t1为0.5~2h；
将下端设置有籽晶的所述籽晶杆的传热介质进口的温度设置在T11，将籽晶杆伸入所述生长室后，按照ΔT20的降温速率降低至T21，并保持时间t2；所述T21为50~80℃；所述ΔT20为0.05~5℃/h；所述t2为0.5~2h；所述T11和所述T21的差值为0.1~0.5℃；
温度保持结束后，将所述水槽的进水口的温度和所述籽晶杆的传热介质进口的温度同时按照ΔT的降温速率降温；所述ΔT为0.01~0.1℃/h；
将所述水槽的进水口的温度降至T12，所述籽晶杆的传热介质进口的温度降至T22时，完成晶体生长，所述T12和所述T22的差值为0.1~0.5℃，所述T12和所述T22为10~40℃。
在一种可实施的方式中，待原料溶解完毕后，待原料溶解完毕后，所述水槽的进水口的温度T10按照递减式降温速率进行降温至所述T11。
进一步地，所述T10按照n步台阶式递减降温速率降温至所述T11，n>1；i为第一步与第n步之间的步骤， 1<i≤n；第一步的降温速率为ΔT101,第i步的降温速率为ΔT10i，所述ΔT10i<ΔT101。
在一种可实施的方式中，所述籽晶杆可旋转，温度保持结束后，将所述水槽的进水口的温度和所述籽晶杆的传热介质进口的温度同时按照ΔT的降温速率降温；且籽晶杆开始旋转；所述ΔT为0.01~0.1℃/h。
进一步地，所述籽晶杆的转速为0.5~2r/min。
本发明第二方面所涉及的晶体生长方法的效果与本发明第一方面相同，在此就不再赘述。
本发明的第三方面提供了一种TGS类晶体，采用如本发明的第二方面提供的晶体生长方法制备得到。
本发明的第三方面提供的TGS类晶体的晶体生长平稳且杂晶少，晶体质量高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出本发明的一种晶体生长装置的一个实施例的剖面示意图。
图2示出本发明的一种晶体生长装置的另一个实施例的剖面示意图。
图3为本发明的一种晶体生长方法的原理示意图。
图4为本发明的一种晶体生长方法的流程示意图。
附图标记；
1-水槽；101-第一进水口；102-第一出水口；2-生长室；3-保温盖；301-第二进水口；302-第二出水口；4-籽晶杆；401-进口；402-出口；5-籽晶。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
现有技术方案TGS类晶体的生长方法主要是将粘接有籽晶5的籽晶杆4或者籽晶线伸入到生长溶液中，盛载生长溶液的生长装置置于水槽1中，通过水槽1控制生长装置内的溶液整体升降温，使得溶液过饱和析出溶质，籽晶5吸收溶质进行生长。整个过程缓慢且容易出现局部温度失衡，造成晶体生长缓慢及杂晶出现，影响单一晶体的快速生长，不利于生产效率提升。
为此，本发明第一方面公开了一种晶体生长装置，可以使得晶体生长的整体温度更加平稳，且生产效率更高。
如图1所示，本晶体生长装置包括水槽1；
水槽1为环形腔体，例如可以是圆形、类圆形或者多边形腔体；水槽1全部或者部分包围住生长室2的侧部和底部，在一个具体的实施例中，水槽1是由外壁相对平行设置的外壁和内壁限定出的供水进出的凹形环形槽体；其中间限定出凹腔，凹腔为水槽1全部或部分包围的生长室2；具体地，如图1所示，当水槽1为一个长方体环形腔体，中间限定出一个正方体环形凹腔，则水槽1为由四面外侧壁、四面内侧壁、一面外底壁和一面内底壁形成，外壁与内壁之间限定的环形腔体供水进出，四面内侧壁与一面内底壁形成的凹腔为生长室2，生长室2内盛载生长溶液。
需要说明的是，水槽1可以为半球形、圆柱体等环形腔体，其限定出的凹腔可以为圆柱体、半球体等，其具体形状本发明不作具体限定。
水槽1全部或者部分包围住生长室2的侧部和底部，例如水槽1可以部分包围住生长室2的侧部，全部包围住生长室2的底部；或者水槽1可以全部包围住生长室2的侧部和底部。在一个具体的实施例中，水槽1的上端面低于生长室2的下端面，水槽1的底部与生长室2的底部相适配，则水槽1部分包围住生长室2的侧部，并全部包围住生长室2的底部；在另一个具体的实施例中，水槽1的上端面等于或者高于生长室2的下端面，水槽1的底部与生长室2的底部相适配，则水槽1全部包围住生长室2的侧部和底部。
水槽1设置有至少一处进水口和一处出水口，优选地，水槽1设置有两处进水口和两处出水口，水槽1的侧面设置有第一进水口101和第一出水口102，水槽的上端面设置有第二出水口301和第二出水口302。
在一个具体的实施例中，如图1所示，水槽1的侧面设置有第一进水口101和第一出水口102，第一进水口101设置在水槽1的底内壁与底外壁之间；第一出水口102设置在水槽1的上端面与底内壁之间；第一进水口101与第一出水口102在水槽1的水平投影方向上间隔分布设置；也就是，第一进水口101和第一出水口102在水槽1的水平投影方向上不重合，从而使得第一进水口101的水流通到第一出水口102需要更远的距离，使得生长室2内的温度更加均匀；或者，水槽1的上端面设置有第二出水口301和第二出水口302；第二进水口301和第二出水口302沿着水槽1的环形腔体间隔分布，优选为均匀间隔分布；从而使得第二进水口301的水流通到第二进水口301的需要更远的距离，使得生长室2内的温度更加均匀；或者，水槽1的侧面设置有第一进水口101和第一出水口102，同时水槽1的上端面设置有第二进水口301和第二出水口302，此时，第一进水口101设置在水槽1的底内壁与底外壁之间；第一出水口102设置在水槽1的上端面与底内壁之间；第一进水口101与第一出水口102在水槽1的水平投影方向上间隔分布设置；第二进水口301和第二出水口302沿着水槽1的环形腔体间隔分布，第一进水口101和第二进水口301在水槽1的水平投影方向上间隔分布设置；也就是第一进水口101和第二进水口301在水槽1的水平投影方向上不重合，第一出水口102和第二出水口302在水槽1的水平投影方向上间隔分布设置；也就是第一出水口102和第二出水口302在水槽1的水平投影方向上不重合，从而使得进水口的水流通到出水口的需要更远的的距离，使得生长室2内的温度更加均匀；
生长室2的上端面设置保温盖3，从而使得生长室2内的温度能更加平稳；在一个具体的实施例中，生长室2的上端面可以封闭；在另一个具体的实施例中，当生长室2的上端面等于或低于水槽1的上端面时，生长室2和水槽1的上端面可以设置有同一保温盖3，此时，生长室2或水槽1的上端面可以开口也可以封闭；优选地，如图2所示，水槽1的上端面封闭，生长室2的上端面开口，其上方设置有保温盖3；水槽1的上端面封闭且设置保温盖3，使得水槽1对生长室2的温度控制更加平稳，而生长室2的上方开口且设置保温盖3，有利于籽晶杆的过冷度的形成，更加有利于晶体的生长。
进一步地，当水槽1和生长室2的上端面设置有保温盖3时，若水槽1的上端面的两侧设置有第二进水口301和第二出水口302，则水槽1上的保温盖3上有容纳第二进水口301和第二出水口302的孔；生长室2的上方的保温盖3上设置有可供籽晶杆4伸入的孔。
进一步地，当水槽1的上端面封闭时，水槽1的上端面的两侧设置有第一进水口101和第一出水口102；当生长室2封闭时，生长室2的上端面设置有可供籽晶杆4伸入的孔，通过该孔，籽晶杆4伸入生长室2中进行晶体生长。
籽晶杆4为长条形或圆柱形杆状物体，籽晶杆4的上端面设置有传热介质的进口401和传热介质的出口402；籽晶杆4的上端设置有籽晶5，例如可以采用粘接或者螺栓、销钉等连接方式连接设置；籽晶杆4通过保温盖3和/或生长室2的封闭的上端面上的孔进出生长室2；籽晶杆4可通过提升装置或者人力手持进出生长室2内，本发明对此不作限定；当籽晶进入生长室2后，可进行晶体的生长；籽晶杆4中的传热介质可以为水或者气体，气体可以是水蒸气、空气等气体。
在一个可实施的方式中，籽晶杆4可旋转，在晶体生长过程中，通过籽晶杆4的旋转可以进一步加大过冷度，使得溶质更富集于籽晶5表面处，加快籽晶5生长，同时有效保证晶体质量。
籽晶的主要温度除了水槽1的进水口的温度控制以外，还受到籽晶杆上的温度的影响；本发明一方面通过多元的温度控制，使得晶体生长过程中整体温度的梯度更加平稳；另一方面籽晶杆4的温度控制，使得晶体生长区域的溶液过冷，加大了溶液饱和度，使得溶质析出加快，提高生产效率。
本发明第二方面公开了一种晶体生长方法，如图4所示，使用的如上述第一方面公开的一种晶体生长装置，所述晶体生长方法的步骤包括：
将原料放入所述生长室2中，设置所述水槽1的所述进水口的温度为T10；所述T10为70~90℃；
该步骤中，将晶体生长的原料，TGS类晶体主要是利用高纯水和TGS原料（例如：一定配比的甘氨酸和硫酸）的饱和溶液进行生长，水槽1的进水口的温度T10设置在70~90℃；例如可以是70℃、75℃、80℃、85℃或90℃；。
待原料溶解完毕后，将所述水槽1的进水口的温度T10按照ΔT10的降温速率降低至T11，并保持时间t1；所述T11为50~80℃；例如可以是50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃；所述ΔT10为0.5~5℃/h；所述t1为0.5~2h；
该步骤中，随着TGS原料在高纯水中溶解形成饱和溶液，此时水槽1的进水口的温度开始降低，进行溶质的析出，温度降低至T11，T11设置50~80℃，例如可以是50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃；降温速率ΔT10为0.5~5℃/h，例如可以是0.5℃/h、0.6℃/h、0.7℃/h、0.8℃/h、0.9℃/h、1℃/h、2℃/h、3℃/h、4℃/h或5℃/h；此时对水槽1进行保温，使得温度更加平稳，保温的时间为t1，t1为0.5~2h，例如可以是0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h、1.5h或2h。
进一步地，待原料溶解完毕后，所述水槽1的进水口的温度T10按照递减式降温速率的方法进行降温；例如可以是渐变式递减方式、台阶式递减方式等；
具体地，按照n步式台阶式递减式降温速率进行降温至所述T11，n>1；所述第一步的降温速率为ΔT101, i为第一步与第n步之间的步骤，1<i≤n，第一步的降温速率为ΔT101,第i步的降温速率为ΔT10i，所述ΔT10i<ΔT101；通过阶梯式的降温，可以使得温度更加平稳。
在一个具体的实施例中，n=2，ΔT101为1~5℃/h，ΔT102为0.5~1℃/h；通过将降温速率逐渐降低，使得温度更加平稳。
在一个具体的实施例中，n=3，ΔT101为3~5℃/h，ΔT102为1~3℃/h，ΔT103为0.5~1℃/h；通过将降温速率逐渐降低，使得温度更加平稳。
将下端设置有籽晶的籽晶杆的传热介质进口温度设置在T11，将籽晶杆伸入所述生长室2后，按照ΔT20的降温速率降低至T21，并保持时间t2；所述T21为50~80℃；所述ΔT20为0.05~5℃/h；所述t2为0.5~2h；所述T11和所述T21的差值为0.1~0.5℃；
该步骤中，随着水槽1的饱和溶液形成且温度平稳，将籽晶杆4开始伸入生长室2中，籽晶杆4的底部设置有籽晶5，籽晶5开始进行晶体的生长；籽晶杆4设置有传热介质进出口，设置籽晶杆4的传热介质进口401的原始温度为T11，籽晶杆4原始温度与生长室2的温度相同，这样使得籽晶杆4刚进入生长室2内不会造成生长溶液的温度不均衡，将籽晶杆4伸入生长室2中，籽晶杆4的传热介质进口401的温度按照ΔT20的降温速率降低至T21，T21为60-80℃，T21和T11的差值为0.1~0.5℃；例如可以是0.1℃、0.1℃、0.2℃、0.3℃、0.4℃和0.5℃，ΔT20为0.05~5℃/h，例如可是0.05℃/h、0.06℃/h、0.07℃/h、0.08℃/h、0.09℃/h、0.1℃/h、0.2℃/h、0.3℃/h、0.4℃/h、0.5℃/h、0.6℃/h、0.7℃/h、0.8℃/h、0.9℃/h、1℃/h、2℃/h、3℃/h、4℃/h或5℃/h；并保持一定的时间t2，t2为0.5~2h，例如可以是0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h、1.5h或2h，由于水槽1的进水口的温度和籽晶杆4的传热介质的温度有一定的差异，使得籽晶5周围产生一定的过冷度，有利于晶体的生长。
TGS类晶体的生长方式主要采用溶液升降温法，通过升降温使得溶液过饱和析出溶质，籽晶5吸收溶质进行生长。在晶体生长过程中，若生长室2或者籽晶5的温度变化太大，会使得局部温度失衡，造成杂晶出现，杂晶会影响晶体的整体质量；因此TGS的生长过程一般非常缓慢，使得生产效率比较低下。本发明中通过在籽晶杆4上设置传热介质进出口，因为晶核的生长速度和晶体的生长速度对温度的依赖性不同，晶核生长速度在低温快，因为高温会破坏形成的有序晶核（尤其是在均相成核中），而高温体系粘度小，链段运动快，向晶核扩散快，容易规整堆积，有利于晶体生长。籽晶5生长表面区域采取合适的降温设定，增大过冷度△T ，使得溶质更富集与籽晶5表面处，加快籽晶5生长，同时有效保证晶体质量。
如图3左图所示，采用单一的水槽1的控温模式，水槽1的水浴温度T1通过水槽1的侧面辐射传导到生长室2内，在生长室2内，远离水槽1的距离越大，水槽1的过冷度慢慢增加；如图3右图所示，采用水槽1和籽晶杆4多元的控温方式，生长室2的温度通过水槽1的水浴温度T1辐射传到进入，在生长室2内，远离水槽1的距离越大，水槽1的过冷度慢慢增加；而此时籽晶5的温度主要受籽晶杆4的温度辐射传为T2，存在|T2~T1|的一个过冷度，因此与单一控温模式相比，采用图3右图所示的多元控温模式，籽晶5处的过冷度增加了|T2~T1|，过冷度的增加，使得溶质更富集与籽晶5表面处，加快籽晶5生长，同时有效保证晶体质量。
|T2-T1|的绝对差值小于等于5℃，例如可以是0℃、0.1℃、0.2℃、0.3℃、0.4℃、0.5℃、0.6℃、0.7℃、0.8℃、0.9℃、1℃、2℃、3℃、4℃或5℃；0℃主要出现在籽晶杆4刚接触进入生长室2的溶液时的温度，随着生长的进行，|T2-T1|的绝对差值越来越大，T2与T1之间的差值不能过大，溶液法中溶质需要通过分子的扩散到达籽晶5面生长处，然后有序排列生长，若差值过大，温差太大，溶质过快的堆积，破坏有序生长；若差值过小，则可能导致晶体生长过冷度小，晶体生长速率慢。
温度保持结束后，将所述水槽1的进水口的温度和所述籽晶杆的传热介质进口同时按照ΔT的降温速率降温，所述ΔT为0.01~0.1℃/h；
该步骤中，水槽1的进水口和籽晶杆4的传热介质进口401的温度平稳后，开始进行晶体的生长，水槽1的进水口和籽晶杆4的传热介质进口401的降温，使得溶质析出，溶质生长到籽晶5上，通过101水槽1的进水口和籽晶杆4的传热介质进口401的两处温度的降低，使得温度的降低更加平稳，且籽晶杆4的传热介质进口401的温度降低可以形成过冷度，水槽1的进水口和籽晶杆4的传热介质进口401的降温速率为ΔT，ΔT为0.01~0.1℃/h，例如可以是0.01℃/h、0.02℃/h、0.03℃/h、0.04℃/h、0.05℃/h、0.06℃/h、0.07℃/h、0.08℃/h、0.09℃/h和0.01℃/h，
ΔT的降温速率的降温速率不宜过大也不宜过小，若降温速率过大，则溶液易自发结晶形成杂晶生长，不在籽晶5处生长，使得籽晶5生长过快，易形成严重缺陷，进而产生杂晶，若升降温速率过小，则可能导致晶体生长过冷度小，晶体生长速率慢。
进一步地，通过籽晶杆4的旋转，加大过冷度，加快晶体的生长，籽晶杆4的转速为0.5~2 r/min；例如可以是0.5r/min、1r/min、1.5r/min或2r/min；籽晶杆4的旋转可加速晶体的生长，但籽晶杆4的旋转速度不宜过大也不宜过小，若籽晶杆的旋转速度过大，则籽晶5在溶液中接触更多的溶质，造成生长过快，产生缺陷，易形成杂晶，若籽晶杆的旋转速度过小，则接触的溶质减少，降低生长速率。
水槽1将所述水槽1的进水口的温度降至T12，所述籽晶杆的传热介质进口温度降至T22时，完成晶体生长，所述T12和所述T22的差值为0.1~0.5℃，所述T12和所述T22为10~40℃。
该步骤中，将水槽1的进水口的温度降低至T12，籽晶杆4的传热介质进口的温度降低至T22时，T12和T22为10~40℃，此时完成了晶体的生长；值得注意的是，由于水槽1的进水口的起始温度与和籽晶杆4的传热介质进口的起始温度不同，而降温方式也略有不同，使得其最终的温度存在一定的差值，偏差在0.5℃内都属于合理的范围。
本发明第三方面公开了一种TGS类晶体，使用的如上述第二方面公开的一种晶体生长方法制备得到。
本发明的第三方面提供的TGS类晶体的晶体生长平稳且且杂晶少，晶体质量高。
下面以两个具体的实施例详细描述根据本发明第一方面公开的一种晶体生长装置和本发明第二方面公开的一种晶体生长方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。
评估标准：晶体转化率=正常晶体重量/总溶液析出晶体重量×100%；总溶液析出晶体重量为正常晶体重量和杂晶重量之和。
实施例一
采用如图2所示的晶体生长装置，（1）将1L高纯水，815g的TGS原料放入生长室2内，将水槽1的进水口的温度设定为80℃，1h完成溶质溶解；
（2）溶解完成后，将水槽1的进水口按照5℃/h降温至70℃，再按照0.5℃/h降温至68.7℃，此时溶液达到饱和状态，保持2h；
（3）将籽晶5粘接到籽晶杆4上，籽晶杆4的传热介质进口的温度降低至68.7℃，放入生长室2内的溶液中；
（4）水槽1的进水口温度固定68.7℃，籽晶杆4的传热介质进口的温度按照0.05℃/h降温至68.5℃，籽晶杆4的传热介质进口的温度到达68.5℃后保持1h；
（5）温度保持结束后，控制水槽1的进水口温度（68.7℃起点）和籽晶杆4的传热介质进口的温度（68.5℃起点）同时按照0.02℃/h的降温速率开始降温，籽晶杆4设置转速1r/min；
（6）水槽1的进水口温度的温度降至30℃，籽晶杆4的传热介质进口的温度降至29.8℃，完成整个TGS晶体生长过程，TGS析出总量501.6g，其中籽晶5上生长的晶体355.2g，生长室2底部沉积杂晶146.4g，晶体转化率355.1/501.6=70.8%。
实施例二
采用如图2所示的晶体生长装置，（1）将1L高纯水，677g的TGS原料放入生长室2内，将水槽1的进水口的温度与籽晶杆4的传热介质进口的温度先同设定为70℃，1h完成溶解；
（2）溶解完成后，将水槽1的进水口的温度按照5℃/h降温至60℃，再按照0.5℃/h降温至59.2℃，此时溶液达到饱和状态，保持2h；
（3）将籽晶5粘接到籽晶杆4上，籽晶杆4的传热介质进口的温度降温至59.2℃，放入生长室2内的生长溶液中；
（4）水槽1的进水口的温度固定59.2℃，籽晶杆4的传热介质进口的温度按照0.05℃/h降温至59.1℃，籽晶杆4的传热介质进口的温度到达59.1℃后保持1h；
（5）温度保持结束后，控制水槽1的进水口的温度（59.2℃起点）和籽晶杆4的传热介质进口的温度（59.1℃起点）同时按照0.03℃/h的降温速率开始降温，籽晶杆4设置转速1.5r/min；
（6）水槽1的进水口的温度降至30℃，籽晶杆4的传热介质进口降至29.9℃，完成整个TGS晶体生长过程，耗时973.3H，TGS析出总量363.8g，其中籽晶5上生长的晶体262.4g，生长室2底部沉积杂晶101.4g，晶体转化率262.4/363.8=72.1%。
对比例一
采用如图2所示的晶体生长装置，（1）将1L高纯水，677g的TGS原料放入生长室2内，将水槽1的进水口的温度先同设定为70℃，1h完成溶解；
（2）溶解完成后，将水槽1的进水口的温度按照5℃/h降温至60℃，再按照0.5℃/h降温至59.2℃，此时溶液达到饱和状态，保持2h；
（3）将籽晶5粘接到籽晶杆4上，放入生长室2内溶液中；
（4）籽晶杆4的传热介质进口的温度59.2℃固定1h；
（5）籽晶杆4的传热介质进口的温度保持结束后，控制水槽1的进水口和籽晶杆4的传热介质进口401的温度按照0.02℃/h的降温速率开始降温，籽晶杆42设置转速1.5r/min；
（6）水槽1的进水口的温度和籽晶杆4的传热介质进口的温度浴缸降至30℃，完成整个TGS晶体生长过程，TGS析出总量363.8g，其中籽晶5上生长的晶体143.5g，生长室2底部沉积杂晶220.3g，晶体转化率143.5/363.8=39.4%。
对比例二
（1）将1L高纯水，677g的TGS原料放入生长室2内，将水槽1的进水口的温度先同设定为70℃，1h完成溶解；
（2）溶解完成后，将水槽1的进水口的温度按照5℃/h降温至60℃，再按照0.5℃/h降温至59.2℃，此时溶液达到饱和状态，保持2h；
（3）将籽晶5粘接到籽晶杆4上，放入生长室2内溶液中；
（4）将水槽1的进水口的温温度59.2℃固定1h；
（5）温度保持结束后，控制水槽1的进水口的温度按照0.03℃/h的降温速率开始降温，籽晶杆42设置转速1.5r/min；
（6）水槽1的进水口的温度降至30℃，完成整个TGS晶体生长过程，TGS析出总量363.8g，其中籽晶5上生长的晶体123.8g，生长室2底部沉积杂晶240g，晶体转化率143.5/363.8=34%。
综上可知，采用本发明的晶体生长装置和晶体生长方法可以制备出TGS晶体；而通过实施例与对比例的对比可知：（1）实施例一和实施例二中通过双向控温，且在初始形成0.1~0.5℃的过冷度，可以使得晶体的转化率达到70%以上；（2）对比例一中，籽晶杆4进入生长室后与生长室不形成过冷度直接降温，籽晶生长较慢，使得底部杂晶吸收了更多溶质，降低了籽晶5上晶体生长量。（3）对比例二中，由于未形成过冷度直接降温，使得底部杂晶吸收更多溶质，造成晶体的生长量进一步降低。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”（comprising）一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种晶体生长装置，其特征在于，包括：水槽、生长室、籽晶杆和籽晶；
所述水槽为环形槽体，所述水槽全部或部分包围住所述生长室的侧部和底部；所述水槽的侧面和/或所述水槽的上端面设置进水口和出水口；
所述生长室的上端面和/或所述水槽的上端面设置保温盖；
所述籽晶设置在所述籽晶杆的下端，所述籽晶杆可进出所述生长室；所述籽晶杆上设置有传热介质进口和传热介质出口。
2.如权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述水槽设置有至少一处进水口和一处出水口；优选地，所述水槽设置两处进水口和两处出水口，所述水槽的侧面设置有第一进水口和第一出水口，所述水槽的上端面设置有第二进水口和第二出水口。
3.如权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述传热介质为水或气体。
4.如权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述籽晶杆可旋转。
5.一种晶体生长方法，其特征在于，采用如权利要求1~4任一所述的晶体生长装置，所述晶体生长方法的步骤包括：
将原料放入所述生长室中，设置所述水槽的所述进水口的温度为T10；所述T10为70~90℃；
待原料溶解完毕后，将所述水槽的进水口的温度T10按照ΔT10的降温速率降低至T11，并保持时间t1；所述T11为50~80℃；所述ΔT10为0.5~5℃/h；所述t1为0.5~2h；
将下端设置有籽晶的所述籽晶杆的传热介质进口的温度设置在T11，将籽晶杆伸入所述生长室后，按照ΔT20的降温速率降低至T21，并保持时间t2；所述T21为50~80℃；所述ΔT20为0.05~5℃/h；所述t2为0.5~2h；所述T11和所述T21的差值为0.1~0.5℃；
温度保持结束后，将所述水槽的进水口的温度和所述籽晶杆的传热介质进口的温度同时按照ΔT的降温速率降温；所述ΔT为0.01~0.1℃/h；
将所述水槽的进水口的温度降至T12，所述籽晶杆的传热介质进口温度降至T22时，完成晶体生长，所述T12和所述T22的差值为0.1~0.5℃，所述T12和所述T22为10~40℃。
6.如权利要求5所述的晶体生长方法，其特征在于，待原料溶解完毕后，所述水槽的进水口的温度T10按照递减式降温速率进行降温至所述T11。
7.如权利要求6所述的晶体生长方法，其特征在于，所述T10按照n步台阶式递减降温速率降温至所述T11，n>1；i为第一步与第n步之间的步骤，1<i≤n；第一步的降温速率为ΔT101,第i步的降温速率为ΔT10i，所述ΔT10i<ΔT101。
8.如权利要求5所述的晶体生长方法，其特征在于，所述籽晶杆可旋转，温度保持结束后，将所述水槽的进水口的温度和所述籽晶杆的传热介质进口的温度同时按照ΔT的降温速率降温；且籽晶杆开始旋转；所述ΔT为0.01~0.1℃/h。
9.如权利要求8所述的晶体生长方法，其特征在于，所述籽晶杆的转速为0.5~2r/min。
10.一种TGS类晶体，其特征在于，采用如权利要求5~7任一所述晶体生长方法制备得到。
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