CN115720599A - 用于加热多个坩埚的设备 - Google Patents

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K·阿里亚旺
熊治勇
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Abner Industrial Furnace Co
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Abstract

本发明涉及一种用于生长晶体的坩埚装置(100)。坩埚装置(100)包括加热室(140)、第一晶体(111)能够在其中生长的至少第一坩埚(110)、以及第二晶体(121)能够在其中生长的至少第二坩埚(120)。第一坩埚(110)和第二坩埚(120)沿着水平方向和竖直方向以及任何取向方向彼此相间隔地布置于所述加热室(140)内。坩埚装置(100)进一步包括布置于所述加热室(140)内的加热系统，其中加热系统被构造成用于调节沿着水平方向和竖直方向以及任何取向方向的温度。

Description

用于加热多个坩埚的设备
技术领域
本发明涉及一种用于使晶体生长的生长室以及一种用于生长晶体的方法。
背景技术
在越来越多的技术领域中，例如对于半导体技术领域中的晶圆，需要单晶体材料。单晶(single crystal)或单晶体(monocrystalline)固体为这样的材料：在该材料中，整个样品的晶格一直到样品的边缘都是连续不断的并且没有晶界。不存在与晶界相关联的缺陷可以赋予单晶体独特的性质(特别是机械的、光学的和电学的性质)，所述性质也可以为各向异性的，这取决于结晶结构的类型。除了在一些宝石中是珍贵的之外，这些性质在工业上被用于技术应用中，尤其是被用于光学器件和电子器件中。
晶体生长是这样的过程：在该过程中，随着更多的原子或分子或离子在晶格中的位置增加，预先存在的晶体变得更大。晶体被定义为以在所有三个空间维度上延伸的有序重复图案、晶格进行布置的原子、分子或离子。因此晶体生长与液滴的生长的不同之处在于，在生长期间，分子或离子必须按顺序落入正确的晶格位置中，以便于使井然有序的晶体生长。
例如，晶体生长可以用来获得化合物和半导体(例如，碳化物、氧化物、氟化物、氮化物、硅、锗以及砷化镓)、金属(例如，钯、铂、银、金)、盐以及合成宝石的单晶。
另外的应用可以为电子工业中使用的单晶硅的大圆柱形晶棒(ingot)或晶锭(boule)的生长，以制造半导体装置，如集成电路芯片、晶体管、大功率装置等等。
对于生长晶体，使用相应的晶体熔炉，所述晶体熔炉提供足够的温度以使得发生晶体生长。然而，难以在晶体熔炉的加热室中提供可调节的温度场。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种在相应的加热室中提供可调节的温度场的晶体熔炉。
该目的通过根据独立权利要求的主题的用于生长晶体的生长室(亦即，坩埚装置)和用于生长晶体的方法来解决。
根据本发明的第一方面，提出一种用于生长晶体的坩埚装置。所述坩埚装置包括加热室、第一晶体可在其中生长的至少第一坩埚和第二晶体可在其中生长的至少第二坩埚。所述第一坩埚和所述第二坩埚沿着水平方向彼此相间隔地布置于所述加热室内。所述坩埚装置包括布置于所述加热室内的加热系统，其中所述加热系统被构造成用于具体地沿着水平方向和/或竖直方向或任何其它取向方向调节温度。
根据另一个方面，描述一种用于生长晶体的方法。根据所述方法，通过布置于加热室内的加热系统具体地沿着水平方向和/或竖直方向或任何其它取向方向调节加热室内的温度。其中第一晶体可生长的至少第一坩埚和其中第二晶体可生长的第二坩埚沿着水平方向彼此相间隔地布置于所述加热室内。
所述坩埚装置可以为比如熔炉的设备，所述设备包括为所述坩埚提供可加热的容置空间的所述加热室。所述加热系统加热所述坩埚的内部容积体，直至达到期望的温度。可以分别在所述加热室和所述坩埚的内部容积体内部提供的温度可以为100℃至1400℃、优选地至大约2200℃或更高。
所述加热系统具体地包括相应的加热元件，所述加热元件沿着所述水平方向彼此相间隔，以使得所述加热室内部的特定的水平地相间隔的位置可以相对于彼此被特别是单独地加热，以使得可以调节沿着所述水平方向的期望的温度梯度。具体地，可以调节沿着所述水平方向的但是也可以调节沿着竖直方向的恒定温度。此外，可以精确地调节特别地沿着所述竖直方向(以及在示例中沿着水平方向)的限定的温度梯度，以便提供对晶体生长的最优控制。加热元件可以为RF(射频)加热器或电阻加热器和/或加热发生器。此外，加热元件可以由注入热介质(比如高温气体)的入口形成。所述加热元件可以形成布置于所述加热室内部的特定位置处的单个加热块。此外，如下所述，所述加热元件可以形成具有例如线性延伸部或圆形延伸部的长加热阵列/线。
所述加热室可以包括隔热材料，以使得所述加热室的内部容积体与环境热隔离。在所述坩埚装置的加热室中，可以布置至少两个或更多个第一坩埚和第二坩埚。所述多个坩埚可以沿着线性平移布置方向布置。此外，所述多个坩埚可以沿着圆形、矩形或椭圆形布置方向布置。
每个坩埚包括其中发生晶体生长的内部容积体。所述坩埚可以由选自包括基于金属的、基于氧化物的、基于氮化物的、基于碳的和致密的石墨的组(组分)中的一种的材料制成。在所述坩埚内部，可以放置晶种元素。所述晶种元素由期望的单晶材料制成，例如SiC(碳化硅)。此外，将比如反应流体的源材料(例如，期望的晶体材料，例如高纯度SiC粉末)放入所述坩埚的内部容积体中。所述反应流体可以由包括例如喷嘴的管线注入。如果所述坩埚内部的温度升高，则反应流体内的期望的材料生长到晶种的表面上。此外，可以例如经由管线注入另外的晶体材料源，其中源材料选自由固相材料、液相材料、气相材料、和/或上述相的混合物组成的组(组分)中的一种。所述反应流体可以包括甲基三氯硅烷(MTS)以及例如前体，比如SiH4(硅烷)或CxHy。此外，金属材料、陶瓷材料或其组分可以被用作源材料。此外，可以为所述坩埚提供另外的开口，以便从相应的坩埚中提取剩余材料。
所述坩埚可以包括具有圆形、椭圆形或矩形基部表面的圆柱形形状。
晶种可以例如通过夹持装置和/或通过用粘合材料胶合而固定至所述坩埚内部的相应的固定区域。
在所述坩埚的内部容积体内部，一个目标是提供期望的精确的温度梯度，以用于控制晶体在生长表面处的生长。然而，难以在所述加热室内部提供例如沿着水平方向的恒定温度。具体地，所述坩埚的一侧可能相对于所述坩埚的水平相对的侧具有不同的温度，因为一侧例如更靠近于所述加热室的壁或更靠近于所述加热室的加热元件。
因此，通过本发明的方法，提供一种加热系统，所述加热系统包括例如布置于所述加热室内部的加热元件，并且其中所述加热系统连同它的加热元件包括沿着所述水平方向和/或竖直方向的可调节的、具体地均匀的温度分布。因此，通过本发明的设备，可以调节沿着晶体表面的均匀的温度分布，以使得可以提供沿着所述晶体表面的等温梯度或零温度梯度。在此上下文中，例如水平方向在水平平面内延伸。例如，所述坩埚的底部也布置于所述水平平面内、或包括平行于所述水平平面的底部表面。所述多个坩埚特别地沿着所述水平方向彼此相间隔。竖直方向被限定为垂直于所述水平方向。
因此，分别在所述第一坩埚内的特定的高度和竖直位置处，可相对于相邻的第二坩埚的特定的高度和竖直位置处的温度调节类似的温度。因此，可以提供所有相邻的坩埚中的晶体的恒定的晶体生长。
根据本发明的另一个示例性实施例，所述加热系统包括沿着所述第一坩埚和所述第二坩埚延伸的加热元件。换句话说，所述加热元件特别地沿着每个坩埚的相应的第一侧经过所述多个坩埚。因此，沿着每个坩埚的第一侧的温度可由所述加热元件调节，以使得沿着所述第一侧的温度可以被调节至所述坩埚的相对的第二侧的温度，以使得具体地可以实现沿着所述水平方向的均匀的温度分布。
根据另一个示例性实施例，所述加热元件为内部加热环，其中所述内部加热环布置于所述第一坩埚与所述第二坩埚之间。换句话说，多个第一和第二坩埚可以沿着圆形布置布置，其中所述内部加热环被相应的多个坩埚包围。因此，可以相对于包围所述坩埚的外部区域调节所述多个坩埚所包围的内部区域。
根据另一个示例性实施例，所述加热系统包括沿着所述第一坩埚和所述第二坩埚延伸的另外的加热元件。换句话说，所述另外的加热元件特别地沿着每个坩埚的相应的第二侧经过所述多个坩埚，其中每个坩埚的第二侧为与每个坩埚的所述第一侧相对的侧。换句话说，所述多个坩埚可以布置于相应的加热元件与所述另外的加热元件之间。因此，所述加热元件和所述另外的加热元件可以限定穿过相应的坩埚、沿着所述水平方向的均匀的温度分布。然而，根据另一个示例性实施例，所述温度梯度可以被调节成使得由所述加热元件和所述另外的加热元件调节所述坩埚的第一侧和第二侧的不同的温度。换句话说，相对于施加于所述坩埚的第二侧处的由所述另外的加热元件生成的加热能量，所述加热元件可以为所述坩埚的第一侧提供不同的加热能量。
根据另一个示例性实施例，所述外部加热元件为外部加热环，其中所述第一坩埚和所述第二坩埚布置于所述外部加热环内部。所述外部加热环包括比所述内部加热环更大的直径，并且所述内部加热环布置于所述外部加热环内。所述第一坩埚和所述第二坩埚布置于所述内部加热环与所述外部加热环之间。所述第一坩埚和所述第二坩埚围绕所述内部加热环周向地布置，以使得所述坩埚的内侧指向所述内部加热环，并且所述坩埚的外侧指向所述外部加热环。
所述内部加热环和所述外部加热环例如为由加热介质冲刷(flush)的电阻加热元件或加热环管。
根据另一个示例性实施例，所述加热元件为内部加热元件，其中所述加热系统包括沿着所述第一坩埚和所述第二坩埚延伸的另外的内部加热元件；以及其中，所述内部加热元件和所述另外的内部加热元件彼此上下布置并且彼此相间隔，以使得所述加热室的下部容积体可由所述内部加热元件加热并且所述加热室的上部容积体可由所述另外的内部加热元件加热。所述第一坩埚的至少第一下部区段布置于所述下部容积体中，并且所述第一坩埚的至少第一上部区段布置于所述上部加热体积中。
因此，所述内部加热元件和所述另外的内部加热元件沿着竖直方向彼此上下布置，以使得沿着所述竖直方向的竖直温度梯度是可调节的。具体地，所述另外的内部加热元件形成布置于如上所述的内部加热环上方的另外的内部加热环。
具体地，晶体的生长表面由于晶体的生长而改变它在所述坩埚内的竖直位置。因此，在考虑所述生长表面的竖直位置的情况下可以精确地调节相应的生长表面处的温度。例如，在所述生长表面的区域处，可以相对于上部位置或下部位置(所述上部位置或下部位置相对于所述生长表面)调节不同的温度。然而，也可以在所述坩埚内提供不同的竖直加热区。
根据另一个示例性实施例，所述另外的加热元件为外部加热元件，其中所述加热系统包括沿着所述第一坩埚和所述第二坩埚延伸的另外的外部加热元件，并且其中所述外部加热元件和所述另外的外部加热元件彼此上下布置并且彼此相间隔，以使得所述加热室的所述下部容积体可由所述外部加热元件加热，并且所述加热室的所述上部容积体可由所述另外的外部加热元件加热。
因此，所述外部加热元件和所述另外的外部加热元件沿着竖直方向彼此上下布置，以使得竖直温度梯度是可调节的。具体地，所述另外的外部加热元件形成布置于如上所述的外部加热环上方的另外的外部加热环。
例如，在包括所述内部环、所述外部环、所述另外的内部环和所述另外的外部环的实施例中，可以调节坩埚的四个区段(在第一侧处的上部区段和下部区段以及在相对的第二侧处的上部区段和下部区段)的特定温度，以使得坩埚的容积体内的沿着所述水平方向的恒定温度和/或沿着所述竖直方向的温度梯度是可调节的。
此外，在另一个示例性实施例中，在所述下部加热元件与所述上部加热元件之间，可以布置多个另外的中间加热元件，以便沿着所述竖直方向提供不同的温度区段。例如，多个内部和/或外部加热环可以彼此上下布置。在另一个示例性实施例中，所述多个加热环可沿着竖直方向相对于彼此运动。
根据另一个示例性实施例，至少所述加热元件特别地竖直可动地布置于所述加热室内。因此，所述温度梯度可以被非常精确地调节，并且例如恒定的温度是可调节的。例如，可以沿着所述水平方向调节所述加热元件，以使得所述加热元件与相应的坩埚的(水平)距离是可调节的。
另外地或替代地，可沿着竖直方向调节所述加热元件，以使得所述加热元件能够分别布置于例如所述坩埚和所述多个坩埚的顶部与底部之间。在示例性实施例中，内部或外部加热环可以调节其直径，以便调节所述坩埚与相应的加热环之间的距离。
在示例性实施例中，所述内部加热元件和所述外部加热元件布置于所述坩埚的底部区段处，其中在相应的内部加热元件和外部加热元件上方布置相应的另外的内部加热元件和另外的外部加热元件，能够相对于下方的内部加热元件和外部加热元件沿着竖直方向调节相应的另外的内部加热元件和另外的外部加热元件。另外，布置于所述坩埚的底部区段处的加热元件也可以沿着所述竖直方向运动。
例如，当相应的加热元件可以沿着相应的引导轨道运动和滑动时，可以在所述加热室内沿着相应的竖直或水平方向调节引导轨道。所述相应的加热元件的沿着所述引导轨道的运动可以由相应的伺服马达控制。另外，还可以在所述加热室内布置控制活塞，以便使相应的加热元件沿着期望的水平或竖直方向运动。
根据另一个示例性实施例，所述加热系统包括布置于所述加热室中的热阻隔离件，以使得所述热阻隔离件将所述加热室分隔成第一加热容积体和第二加热容积体。具体地，所述加热系统被构造成用于彼此独立地加热所述第一加热容积体和所述第二加热容积体。例如，所述第一加热容积体为下部加热体积，并且所述第二加热容积体为所述加热室的上部加热体积。
根据另一个示例性实施例，所述热阻隔离件包括竖直热阻片材，所述竖直热阻片材布置于所述第一坩埚与所述第二坩埚之间并且沿着竖直方向延伸，以用于将所述加热室分隔成第一加热容积体和第二加热容积体，其中所述第一坩埚布置于所述第一加热容积体中并且所述第二坩埚布置于所述第二加热容积体中。因此，通过所述竖直热阻片材，可以更精确地调节例如两个相邻的坩锅之间的温度梯度或恒定温度。所述竖直热阻片材特别地具有竖直延伸方向，并且因此在所述坩埚的底部区段与所述坩埚的顶部区段之间延伸。所述竖直热阻片材可以由例如热隔离材料形成，比如碳化的人造丝纤维等等。
根据另一个示例性实施例，所述热阻隔离件包括水平热阻片材，所述水平热阻片材沿水平方向延伸，以用于将所述加热室分隔成上部容积体和下部容积体，其中所述第一坩埚的至少第一上部区段布置于所述第一上部容积体中并且所述第一坩埚的至少第一下部区段布置于所述下部容积体中。因此，可以更精确地调节所述坩埚的在所述上部容积体中的温度和所述坩埚的在所述下部容积体中的温度，因为两个容积体由所述水平热阻片材热隔离。具体地，如果加热元件布置于所述下部容积体中并且另外的加热元件布置于所述上部容积体中，则可以调节具有大的分段温度差的两个温度区段。所述水平热阻片材特别地具有水平延伸方向，并且因此可以在至少两个相邻的坩埚之间延伸。所述水平热阻片材可以由例如热隔离材料形成，比如碳化的人造丝纤维等等。
具体地，根据另一个示例性实施例，所述竖直热阻片材和/或具体地所述水平热阻片材是可动的。特别地，所述水平热阻片材可动地、特别地沿着竖直方向地布置于所述加热室内，以使得所述第一上部容积体和所述第二下部容积体的高度是可调节的。例如，所述水平热阻片材可以联接至竖直引导轨道，所述竖直引导轨道例如布置于所述加热室的侧壁处，以使得所述水平热阻片材能够沿着所述竖直引导轨道运动。
根据另一个示例性实施例，所述水平热阻片材包括至少一个通孔，所述第一坩埚能够插入通过所述至少一个通孔，其中所述水平热阻片材特别地包括第二通孔，所述第二坩埚能够插入至所述第二通孔。因此，至少一个坩埚或所有坩埚能够插入所述水平热阻片材内的相应的通孔中。因此，所述水平热阻片材仅提供至所述坩埚以及例如至所述加热室的壁的小间隙，以使得在由所述水平热阻片材分隔的上部容积体与下部容积体之间提供适当的热隔离。
根据另一个示例性实施例，至少所述第一坩埚特别地竖直可动地布置于所述加热室内。例如，所述第一坩埚或所有坩埚可以布置于相应的提升台或提升活塞处，以使得所述第一坩埚和/或所有坩埚可以被沿着所述竖直方向提升，以便在所述加热室内运动于期望的温度区中。
根据另一个示例性实施例，至少所述第一坩埚可旋转地布置于所述加热室内。例如，作为示例性实施例，所述坩埚可以旋转，以使得坩埚的内部第一侧可以例如在所述温度室中从内部位置旋转至外部位置。
根据另一个示例性实施例，所述坩埚装置进一步包括旋转台，所述第一坩埚和所述第二坩埚被布置于所述旋转台上，其中所述旋转台可相对于所述加热系统旋转。因此，相应的坩埚可以沿着周向方向定位于所述加热室内的期望的位置处，在所述期望的位置处，调节期望的温度梯度。
根据另一个示例性实施例，所述加热室包括多个观察口，相应的传感器(特别是温度传感器)通过所述多个观察口伸入所述加热室内。因此，提供对所述加热室内的加热区的适当监测。分别基于所测量的温度和加热区，可以单独地调节所述加热系统的加热元件。
根据另一个示例性实施例，至少所述第一坩埚包括被引导穿过所述加热室的管线，以用于将源材料供应于所述第一坩埚内和/或用于将源材料排出所述第一坩埚。例如，多个相应的管线可以联接至相应的坩埚。
根据另一个示例性实施例，所述管线联接至所述第一坩埚的底部，其中所述第一坩埚特别地包括用于固定晶种的晶种固定区段。所述晶种固定区段可以位于所述坩埚的顶部区段或底部区段处。
总之，本发明提供一种用于晶体生长的多坩埚电阻加热熔炉(用于由例如SiC、AlN、Al2O3等组成的晶体)。所述多个坩埚的布置可以为例如圆形的、纵向的、或沿着曲线。每个坩埚可以被用于生长任何尺寸的晶体，亦即，它预期可以按比例增加至16英寸。根据本发明，提供一种加热系统，所述加热系统包括用于精确地控制所述加热室内的热场的独立的(水平的和竖直的)加热元件。所述加热元件可以为可动的，以用于精确地控制所述加热室的热场。此外，所述坩埚可以为可动的(提升和降低坩埚)，以用于精确地控制热场。此外，提供用于对所述加热室的热场进行精确控制的可动的热阻片材/屏(亦即，隔热件)。另外，提供用于对所述加热室的热场进行精确控制的多个观察口。此外，提供所述坩埚的旋转以增强热场的均匀性以及在所述生长室/坩埚中的混合反应材料组分和载体(源)材料组分。因此，针对最小热应力和错位，可以在所述生长表面处提供接近等温的晶体生长前沿。此外，(一个或多个)高孔隙率材料通道(管线)用于直接进给反应组分和/或掺杂组分(用于气相晶体生长)。
需要注意的是，已经参考不同的主题描述了本发明的实施例。具体地，已经参考产品类型权利要求描述了一些实施例，已经参考方法类型权利要求描述了其它实施例。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述中获悉，除非另外通知，否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，还考虑属于不同主题的特征之间的任何组合、特别是产品类型权利要求的特征与方法类型权利要求的特征的任何组合，如将借助于本申请所公开的那样。
附图说明
根据下文将描述的实施例的示例，上面所定义的方面和本发明的另外的方面将为显而易见的，并且参考实施例的示例解释说明上面所定义的方面和本发明的另外的方面。下文将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但是本发明不限于所述实施例的示例。
图1示出根据本发明的示例性实施例的坩埚装置的示意图。
图2示出根据本发明的示例性实施例的坩埚装置的顶视图。
图3示出根据图2的坩埚装置的热线图。
图4示出根据图1的坩埚装置的热线图。
图5示出根据本发明的示例性实施例的坩埚，所述坩埚在管线中包括多孔元件。
图6示出根据本发明的示例性实施例的坩埚装置的示意图，所述坩埚装置包括具有不同的功率密度的四个加热元件。
图7示出图6中所示的根据本发明的示例性实施例的坩埚装置的热线图。
具体实施方式
附图中的图示是示意性的。应当注意的是，在不同的附图中，类似的或相同的元件拥有相同的附图标记。
图1示出根据本发明的示例性实施例的用于生长晶体111、121的坩埚装置100的示意图。坩埚装置100包括加热室140、第一晶体111可在其中生长的至少第一坩埚110、以及第二晶体121可在其中生长的至少第二坩埚120。第一坩埚110和第二坩埚120沿着水平方向彼此相间隔地布置于加热室140内。坩埚装置100进一步包括布置于加热室140内的加热系统，其中加热系统被构造成用于调节沿着水平方向和竖直方向以及任何取向方向的温度。
坩埚装置100为包括加热室140的熔炉，所述加热室提供用于坩埚110、120的可加热的容置空间。加热系统加热坩埚110、120的内部容积体，直至达到期望的温度。可以分别在加热室140和坩埚110、120的内部容积体内部提供的温度可以为100℃至1400℃、优选地至大约2200℃或更高。
加热系统包括具体地相应的加热元件101、102、103、104，所述加热元件沿着水平方向和竖直方向以及任何取向方向彼此相间隔，以使得加热室140内部的特定的水平地间隔、竖直地间隔、和以任何取向相间隔的位置可以被加热、特别是被相对于彼此单独地加热，以使得可以调节沿着水平方向和竖直方向以及任何取向方向的期望的温度梯度。加热元件101、102、103、104可以为RF(射频)加热器、电阻加热器和热发生器。此外，加热元件可以由注入热介质(比如高温气体)的入口形成。加热元件101、102、103、104可以形成布置于加热室140内部的特定位置处的单个加热块。此外，如在图2中详细示出的，加热元件101、102、103、104可以形成具有例如线性或圆形延伸部的长加热阵列/线。
加热室140可以包括隔热材料115，以使得加热室140的内部容积体被热隔离。在坩埚装置100的加热室140中，可以布置至少两个或更多个第一和第二坩埚110、120、130。多个坩埚110、120、130可以沿着线性平移布置方向来布置。此外，多个坩埚110、120、130可以沿着圆形布置方向来布置(参见图2)。
每个坩埚110、120包括其中发生晶体生长的内部容积体。在坩埚110、120内部，可以放置晶种元素(seed element)。晶种元素由比如蓝宝石的期望的单晶材料制成。此外，提供期望的晶体材料的反应流体的源材料117(例如高纯度SiC粉末)被放入坩埚110、120的内部容积体中。反应流体可以由包括例如喷嘴或多孔元件116的管线109注入。
晶种可以例如通过夹持装置和/或通过用粘合材料胶合而固定至坩埚110、120内部的相应的固定区域。如图1中所示，第一晶体111和第二晶体121固定于相应的第一坩埚110和第二坩埚120的顶部区段112、122处，以使得晶体111、121从顶部区段112、122向相应的坩埚110、120的相应的底部区段生长。
加热系统包括例如沿着第一坩埚110和第二坩埚120延伸的内部加热元件101和另外的内部加热元件103。内部加热元件101和另外的内部加热元件103彼此上下布置并且彼此相间隔，以使得加热室140的下部容积体v1可由内部加热元件101加热、并且加热室140的上部容积体v2可由另外的内部加热元件103加热。坩埚110、120的至少下部区段布置于下部容积体v1中，并且坩埚110、120的至少上部区段布置于上部加热容积体v2中。
因此，内部加热元件101和另外的内部加热元件103沿着竖直方向彼此上下布置，以使得竖直温度梯度是可调节的。
具体地，晶体111、121的生长表面由于晶体111、121的生长而改变它在坩埚110、120内的竖直位置。因此，在考虑生长表面的竖直位置的情况下，可以精确地调节相应的生长表面处的温度。例如，在生长表面的区域处，可以相对于上部或下部位置(所述上部或下部位置相对于生长表面)调节不同的温度。然而，也可以在坩埚120、130内提供不同的竖直加热区。
根据另一个示例性实施例，另外的加热元件为外部加热元件102，其中加热系统包括沿着第一坩埚110和第二坩埚120延伸的另外的外部加热元件104，并且其中外部加热元件102和另外的外部加热元件104彼此上下布置并且彼此相间隔，以使得加热室140的下部容积体v1可由外部加热元件102加热并且加热室140的上部容积体v2可由另外的外部加热元件104加热。
因此，外部加热元件102和另外的外部加热元件104沿着竖直方向彼此上下布置，以使得竖直温度梯度是可调节的。在下部加热元件101、102与上部加热元件103、104之间，可以布置多个另外的中间加热元件，以便沿着竖直方向提供不同的温度区段。
加热元件101、102、103、104可以特别地竖直可动地布置于加热室140内。因此，可以非常精确地调节温度梯度。例如，可以沿着水平方向调节加热元件101、102、103、104，以使得加热元件101、102、103、104与相应的坩埚110、120的(水平)距离是可调节的。另外地或替代地，可沿竖直方向调节加热元件101、102、103、104，以使得加热元件101、102、103、104可分别布置于例如坩埚110、120和多个坩埚130的顶部112、122与底部之间。
具体地，内部加热元件101和外部加热元件102布置于坩埚110、120的底部区段处，其中在相应的内部加热元件101和外部加热元件102上方，布置相应的另外的内部加热元件103和另外的外部加热元件104，可相对于下面的内部加热元件101和外部加热元件102沿着竖直方向调节所述另外的内部加热元件103和另外的外部加热元件104。另外，布置于坩埚110、120的底部区段处的加热元件101、102也可以沿着竖直方向运动。
此外，热阻隔离件105、106可以布置于加热室140中，以使得热阻隔离件105、106将加热室140分隔成第一加热容积体和第二加热容积体。
热阻隔离件包括竖直热阻片材106，所述竖直热阻片材布置于第一坩埚110与第二坩埚120之间并且沿着竖直方向延伸，以用于将加热室分隔成第一加热容积体和第二加热容积体，其中第一坩埚110布置于第一加热容积体中并且第二坩埚120布置于第二加热容积体中。因此，通过竖直热阻片材106，可以更精确地调节例如两个相邻坩埚110、120之间的温度梯度。
此外，热阻隔离件包括水平热阻片材105，所述水平热阻片材沿水平方向延伸，以用于将加热室140分隔成上部容积体v2和下部容积体v1，其中第一坩埚110的至少第一上部区段布置于第一上部容积体v2中并且第一坩埚110的至少第一下部区段布置于下部容积体v1中。因此，可以更精确地调节坩埚110、120的在上部容积体v2中的温度和坩埚110、120的在下部容积体v1中的温度，因为两个容积体v1、v2由水平热阻片材105热隔离。
水平热阻片材105包括通孔107，第一坩埚110和第二坩埚120可插入通过水平热阻片材105中的所述通孔。因此，水平热阻片材105仅仅提供至坩埚110、120、130以及例如至加热室140的壁的小间隙，以使得在由水平热阻片材105所分隔的上部容积体v2与下部容积体v1之间提供适当的热隔离。
具体地，竖直和/或具体地水平热阻片材105、106是可动的。特别地，水平热阻片材105特别地沿着竖直方向可动地布置于加热室140内，以使得第一上部容积体v2和第二下部容积体v1的高度是可调节的。水平热阻片材105可以联接至竖直引导轨道，所述竖直引导轨道例如布置于加热室140的侧壁处，以使得水平热阻片材105能够沿着竖直引导轨道运动。
此外，第一坩埚110和第二坩埚120可动地布置于加热室140内。例如，坩埚110、120可以被布置至提升活塞上，以使得坩埚110、120被沿着竖直方向提升，以便在加热室140内运动于期望的温度区中。
此外，加热室140包括多个观察口108，相应的传感器(特别是温度传感器)通过所述多个观察口伸入加热室140内。
此外，坩埚110、120联接至管线109，所述管线被引导通过加热室140，以用于将源材料117供应于坩埚110、120内和/或用于将源材料117排出坩埚110、120。例如，多个相应的管线109可以联接至相应的坩埚110、120。
在图1中所示的具体实施例中，相应的管线109联接至坩埚110、120的相应的底部。坩埚110、120特别地包括用于将晶种固定于顶部区段112、122处的晶种固定区段。
图2示出根据本发明的示例性实施例的坩埚装置100的顶视图。多个坩埚110、120、130围绕加热室140的中心周向地布置。
内部加热元件101、103被形成为内部加热环201。内部加热环201布置于坩埚110、120、130之间。内部加热环201被相应的坩埚110、120、130包围。因此，可以相对于包围坩埚110、120、130的外部区域调节多个坩埚110、120、130所包围的内部区域。
此外，另外的加热元件102、104可以被形成为外部加热环202。坩埚110、120、130布置于内部加热环201与外部加热环202之间。坩埚110、120、130的内侧指向内部加热环201，并且坩埚110、120、130的外侧指向外部加热环202。
内部加热环201和外部加热环202例如为由加热介质冲刷的电阻加热元件或加热环管。
例如，多个内部加热环201和/或外部加热环202可以彼此上下布置。多个加热环201、202能够沿着竖直方向相对于彼此运动。此外，内部加热环201或外部加热环202可以调节它的直径，以便调节坩埚110、120、130之间的距离。
图3示出根据图2的坩埚装置的热线图。内部加热环201和外部加热环202被调节成使得在内部加热环201与外部加热环202之间的区域中提供几乎恒定的温度，以使得所有坩埚110、120、130可以具有类似的温度。具体地，可以调节沿着水平方向的均匀的温度分布。
图4示出根据图1的坩埚装置100的热线图。加热元件101、102、103、104可以被单独地调节，以使得每个温度元件101、102、103、104将预定的热能辐射至加热室140的内部容积体中。具体地，在示例性实施例中，相对于由另外的加热元件103、104调节的上部容积体v2，由加热元件101、102以较高的温度调节下部容积体v1。两个容积体v1、v2的温度此外可以由水平热阻片材105分隔。
图5示出根据本发明的示例性实施例的坩埚110，所述坩埚在管线109中包括多孔元件116。在坩埚110中，在顶部区段112处发生晶体生长111。源材料117被填充于坩埚110内。具体地，源材料117被蒸发并且源材料的颗粒分别在第一晶体111和晶种的表面上生长。具体地，在管线109的端部处，可以安装多孔元件116。因此，可以通过将源材料117按压通过多孔元件116来改善源材料117的蒸发。
图6示出包括具有不同的功率密度的四个加热元件101、102、103、104的坩埚装置100的示意图。例如，内部加热元件101(比如内部加热环201)在右侧在底部区段上经过坩埚110。在相对的左侧，外部加热元件102(比如外部加热环202)经过坩埚110。因此，在坩埚110的顶部区段112处，相应的内部加热元件103和外部加热元件、104(它们也可以为环形的)布置于坩埚110的相应的内侧和外侧处。
因此，可以调节坩埚110的四个区段(在第一侧的上部区段和下部区段以及在相对的第二侧的上部区段和下部区段)的特定温度，以使得坩埚容积体内的非常特定且详细的温度分布是可调节的。为了在坩埚110内提供例如几乎均匀的温度分布，可以相对于坩埚110的顶部区段112处的加热元件103、104以更大的加热功率调节底部加热元件101、102。
图7示出图6中所示的坩埚装置的热线图，如可以从穿过坩埚110的等温线看到的，坩埚110的中心区段(其中发生晶体生长)中的温度在2200℃与2280℃之间变化。在这样的高温区域中，沿生长方向的这种小的温度差以及沿着晶体表面的均匀的温度分布支持相应的晶体111在坩埚110的内部容积体内的均匀的以及因此适当的晶体生长。
应当注意的是，术语“包括”不排除其它元件或步骤，并且“一”或者“一个”不排除多个。关于不同实施例所描述的元件也可以组合。还应当注意的是，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。
附图标记列表
100坩埚装置
101内部加热元件
102外部加热元件
103另外的内部加热元件
104另外的外部加热元件
105水平热阻片材
106竖直热阻片材
107通孔
108观察口
109管线
110第一坩埚
111第一晶体
112顶部区段
115隔热材料
116多孔元件
117源材料
120第二坩埚
121第二晶体
122顶部区段
140加热室
201内部加热环
202外部加热环

Claims (20)

1.一种用于生长晶体的坩埚装置(100)，所述坩埚装置(100)包括：
加热室(140)；
至少第一坩埚(110)，第一晶体(111)能够在所述第一坩埚中生长，
至少第二坩埚(120)，第二晶体(121)能够在所述第二坩埚中生长，
其中所述第一坩埚(110)和第二坩埚(120)沿着水平方向彼此相间隔地布置于所述加热室(140)内，
布置于所述加热室(140)内的加热系统，
其中所述加热系统被构造成用于调节温度。
2.根据权利要求1所述的坩埚装置(100)，
其中，所述加热系统包括沿着所述第一坩埚(110)和第二坩埚(120)延伸的加热元件(101)。
3.根据权利要求2所述的坩埚装置(100)，
其中，所述加热元件(101)为内部加热环(201)，
其中，所述内部加热环(201)布置于所述第一坩埚(110)与所述第二坩埚(120)之间。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的坩埚装置(100)，
其中，所述加热系统包括沿着所述第一坩埚(110)和第二坩埚(120)延伸的另外的加热元件(102)。
5.根据权利要求4所述的坩埚装置(100)，
其中，所述加热元件(102)为外部加热环(202)，
其中，所述第一坩埚(110)和第二坩埚(120)布置于所述外部加热环(202)内部。
6.根据权利要求2或3所述的坩埚装置(100)，
其中，所述加热元件(101)为内部加热元件(101)，
其中，所述加热系统包括沿着所述第一坩埚(110)和第二坩埚(120)延伸的另外的内部加热元件(103)，
其中，所述内部加热元件(101)和所述另外的内部加热元件(103)彼此上下布置并且彼此相间隔，以使得所述加热室(140)的下部容积体能够由所述内部加热元件(101)加热并且所述加热室(140)的上部容积体能够由所述另外的内部加热元件(103)加热，
其中，所述第一坩埚(110)的至少第一下部区段布置于所述下部容积体中并且所述第一坩埚(110)的至少第一上部区段布置于所述上部加热容积体中。
7.根据权利要求2至6中的任一项所述的坩埚装置(100)，
其中，所述加热元件(102)为外部加热元件(102)，
其中，所述加热系统包括沿着所述第一坩埚(110)和第二坩埚(120)延伸的另外的外部加热元件(104)，
其中，所述外部加热元件(102)和所述另外的外部加热元件(104)彼此上下布置并且彼此相间隔，以使得所述加热室(140)的下部容积体能够由所述外部加热元件(102)加热并且所述加热室(140)的上部容积体能够由所述另外的外部加热元件(104)加热。
8.根据权利要求2至7中的任一项所述的坩埚装置(100)，
其中，至少所述加热元件(102)特别地竖直可动地布置于所述加热室(140)内。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的坩埚装置(100)，
其中，所述加热系统包括布置于所述加热室中的热阻隔离件，以使得所述热阻隔离件将所述加热室(140)分隔成第一加热容积体和第二加热容积体。
10.根据权利要求9所述的坩埚装置(100)，
其中，所述热阻隔离件包括竖直热阻片材(106)，所述竖直热阻片材布置于所述第一坩埚(110)与所述第二坩埚(120)之间并且沿着竖直方向延伸，以用于将所述加热室(140)分隔成第一加热容积体和第二加热容积体，
其中，所述第一坩埚(110)布置于所述第一加热容积体中并且所述第二坩埚(120)布置于所述第二加热容积体中。
11.根据权利要求9或10所述的坩埚装置(100)，
其中，所述热阻隔离件包括水平热阻片材(105)，所述水平热阻片材沿水平方向延伸，以用于将所述加热室(140)分隔成上部容积体和下部容积体，
其中，所述第一坩埚(110)的至少第一上部区段布置于所述第一上部容积体中并且所述第一坩埚(110)的至少第一下部区段布置于所述下部容积体中。
12.根据权利要求11所述的坩埚装置(100)，
其中，所述水平热阻片材(105)特别地沿着竖直方向可动地布置于所述加热室(140)内，以使得所述第一上部容积体和所述第二下部容积体的高度是可调节的。
13.根据权利要求11或12所述的坩埚装置(100)，
其中，所述水平热阻片材(105)包括至少一个通孔(107)，所述第一坩埚(110)能够插入通过所述至少一个通孔(107)，
其中，所述水平热阻片材(105)特别地包括第二通孔(107)，所述第二坩埚(120)能够插入至所述第二通孔(107)。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的坩埚装置(100)，
其中，至少所述第一坩埚(110)特别地竖直可动地布置于所述加热室(140)内。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的坩埚装置(100)，
其中，至少所述第一坩埚(110)可旋转地布置于所述加热室(140)内。
16.根据权利要求1至15中的任一项所述的坩埚装置(100)，进一步包括：
旋转台，所述第一坩埚(110)和第二坩埚(120)布置于所述旋转台上，
其中，所述旋转台能够相对于所述加热系统旋转。
17.根据权利要求1至16中的任一项所述的坩埚装置(100)，
其中，所述加热室(140)包括多个观察口(108)，相应的传感器、特别是温度传感器通过所述多个观察口伸入所述加热室(140)内。
18.根据权利要求1至17中的任一项所述的坩埚装置(100)，
其中，至少所述第一坩埚(110)包括管线(109)，所述管线被引导穿过所述加热室(140)，以用于将源材料供应于所述第一坩埚(110)内和/或用于将源材料排出所述第一坩埚(110)。
19.根据权利要求18所述的坩埚装置(100)，
其中，所述管线(109)联接至所述第一坩埚(110)的底部，
其中，所述第一坩埚(110)特别地包括用于固定晶种的晶种固定区段，
其中，所述晶种固定区段位于所述坩埚的顶部区段处。
20.一种用于生长晶体的方法，所述方法包括：
通过布置于加热室(140)内的加热系统沿着水平方向和竖直方向和/或任何取向方向调节加热室(140)内的温度，
其中，第一晶体(111)能够在其中生长的至少第一坩埚(110)和第二晶体(121)能够在其中生长的第二坩埚(120)沿着水平方向彼此相间隔地布置于所述加热室(140)内。
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