CN1743514A - 中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法 - Google Patents

中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1743514A
CN1743514A CN 200510028670 CN200510028670A CN1743514A CN 1743514 A CN1743514 A CN 1743514A CN 200510028670 CN200510028670 CN 200510028670 CN 200510028670 A CN200510028670 A CN 200510028670A CN 1743514 A CN1743514 A CN 1743514A
Authority
CN
China
Prior art keywords
crystal
annealing
crystalline
inert atmosphere
atmosphere
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN 200510028670
Other languages
English (en)
Inventor
周永宗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN 200510028670 priority Critical patent/CN1743514A/zh
Publication of CN1743514A publication Critical patent/CN1743514A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明属晶体的热处理领域，中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法：在于将待退火和热处理的晶体、置于“晶体退火装置”内，在真空状态下，充入中性气体或惰性气体或其混合气体，在中性、惰性气氛中从事晶体的退火或热处理。利用纯气体在高温状态下的强吸附作用，达到晶体的脱碳去色、去色心、去污染、去除晶体内应力和晶体的重结晶。中性、惰性气氛中晶体的高温退火，不会产生新的晶格缺陷和离子价态变化，加之热场稳定、均匀，极适合于晶体的重结晶效应。经过中性、惰性气氛中退火或热处理后的晶体，其亮度、透明度俱佳，结晶完整性和光学均匀性大为改善，并使原来不能使用的蓝宝石晶体中的丝状光路也消失，成为晶莹透亮的无色优质晶体。

Description

中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法
技术领域
本发明属晶体的热处理领域，涉及晶体的高温退火以及热处理，具体地说是涉及中性气氛、惰性气氛及其两者混合气氛中晶体的退火方法和热处理方法。
背景技术
当今，生长晶体的技术有感应加热提拉法(即引上法)，泡生法，电阻加热提拉法，导向温梯法(即导向温度梯度法、简称温梯法)，热交换法等，上述方法的晶体生长都是以固-液界面的温度差推动结晶面形成的结晶过程，易产生晶格点缺陷及引入周围的气氛污染，严重影响晶体性能。故生长后的晶体毛坯，基本上都须经过高温退火处理，这是晶体界人人皆知的基本常识，以往的晶体退火，通常采用在氧化气氛(大气)中的高温退火，还原气氛(氢气)中高温退火{参见《人工晶体》1982年，2-3期24页；国际《晶体生长杂志》1981年，第52卷第二部分546-550页；国际《晶体生长杂志》1986年，第78卷31-35页；《人工晶体学报》1992年，第21卷第1期31-36页和95-100页；以及氧化气氛和还原气氛中的二步退火方法(专利号00111882.X：蓝宝石晶体的脱碳去色退火方法)}都是以氧化气氛或还原气氛作为晶体的高温退火介质。
晶体在氧化气氛(大气)中高温退火，虽然能达到脱碳去色和消除晶体中因氧缺位等点缺陷形成的色心，但由于大气中尘埃的扩散与反扩散作用，退火晶体会由于空气中杂质，再次受到污染(产生二次污染)，因此，经氧化气氛退火后的晶体，其亮度，透明度总不理想(氧化气氛中高温退火：一般适应于，需要先经氧化气氛中退火的晶体)，而还原气氛(氢气)中高温退火，虽然晶体的亮度，透明度相对于氧化气氛中退火的结果好的多，但由于氢气中强还原气氛的还原作用，原本以各种方法生长的氧化物晶体中，由氧缺位(氧空位)等点缺陷形成的色心，不但难以消除甚至加深，能适应氢气中退火的晶体品种，针对性很强，即便是同一种蓝宝石晶体，其退火效果也大不一样(它只适应于，的确需要在还原气氛中退火的晶体，如掺钛宝石)，更为主要的是氧化气氛退火或还原气氛退火，容易引起晶格中的离子价态变化，影响晶体性能。
本发明的目的：提供新的晶体退火处理方法，即在中性、惰性气氛中进行晶体的高温退火以及热处理，达到晶体、晶片、晶体棒的充分脱碳去色、去色心、去污染、去除晶体内应力和晶体的重结晶，使晶体的亮度、透明度以及结晶完整性和光学均匀性具佳，甚至连一些原本不能使用的带有丝状光路的晶体，也能成为晶莹透亮的优质晶体。
发明内容
将待退火的晶体、如各种结晶方法生长的晶体，或经过氧化气氛，还原气氛退火过的晶体、晶片、晶体棒，置于“晶体退火装置”的热处理室内，退火装置(退火炉)密封后，先将炉膛内的气体排气至真空度高于2×10-2Pa时，再充入中性气体(氮气)、或充入惰性气体(氩气)、或充入惰性气体(氦气)、或充入其混合气体、至炉膛内压力大于大气压，开始升温，随着炉温升高，炉内气压加大，当炉温升至约900℃时开始放气，维持炉内压力于0.03-0.05MPa为宜，此为密封状态下退火处理。若采用循环气体退火，调整气压瓶低压阀门出气口(即退火炉的进气口)气体流量与退火炉出气口的气体流量平衡，维持炉内压力于0.03-0.05MPa。升温速率、恒温温度、恒温时间、降温速率(即退火周期、退火温度)，依据待退火处理的晶体毛坯尺寸大小，晶体样品的规格和种类，晶体退火目的要求决定，其差异特大。以去色心，去污染处理为目的的退火周期短，以脱碳去色和去除晶体内应力以及完善结晶完整性为目的重结晶退火周期长。衬底晶片和晶体大小不一样，其退火周期又有很大差别。以完善结晶完整性为目的的重结晶退火，退火周期较长且只有正确选择晶体品种的软化点温度(即退火温度)，才能达到最佳的重结晶效果。一般是退火升温速率为40℃/小时-450℃/小时；退火温度的恒温时间为1小时至大于100小时；降温速率为20℃/小时-350℃/小时。
与现有技术相比：中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法，晶体中离子价态不受氧化—还原气氛影响，退火晶体不受空气的二次污染。晶体的脱碳去色、去色心、去污染、去除晶体内应力以及晶体的重结晶效果好。经中性、惰性气氛退火处理后的晶体亮度、透明度具佳，重结晶效果又好，大大改善提高晶体的结晶完整性和光学均匀性。
附图说明
图1、右边照片是导向温梯法生长的带棕红色色心的蓝宝石晶体毛坯。
左边照片是置于高纯氩气中高温退火后，成为晶莹透亮、无色透明的蓝宝石晶体毛坯。
图2、导向温梯法生长的蓝宝石晶体毛坯，加工成直径2英寸的圆柱体后带浅棕红色色心。
图3、将图2带浅棕红色色心的蓝宝石圆柱体，置于高纯氮气中高温退火后，成为晶莹透亮的无色透明晶体。
图4、经氧化气氛(空气)中高温退火处理后，仍然带有浅棕红色色心的蓝宝石晶片。
图5、再将已经过氧化气氛(空气)退火后的蓝宝石晶片(图4)、置于高纯氮气中高温热处理，热处理后成为晶莹透亮的无色透明晶片。
图6、照片左边是导向温梯法生长的蓝宝石晶体，经加工后受污染而带杂色的晶片。
照片右边是将照片左边受污染而带杂色的晶片、置于高纯氮气中高温热处理后，成为晶莹透亮、无色透明的半导体二极管LED和二极管LD使用的氮化物衬底片。
具体实施方式
实施例1：将三块导向温梯法生长出炉后的蓝宝石晶体毛坯、置于“晶体退火装置”的热处理室内，退火装置密封后，将退火装置(退火炉)内的气体排气至真空度高于3×10-3Pa时，充入高纯氩气，在惰性气氛中脱碳去色、重结晶高温退火。退火程序为升温速率：90℃/小时-110℃/小时；于1830℃恒温96小时；降温速率：90℃/小时-110℃/小时。
退火前晶体检测级别评定：第一块晶体有轻微丝状光路，内部有丝状物(B501级)；第二块晶体有明显丝状光路，内部有白色丝状物(B901级)；第三快晶体内部(整个)有明显丝状光路和丝状物(B912级)。
惰性气氛(氩气)中高温退火后，晶体中丝状光路检测：第一快晶体无光路，无散射；第二块晶体轻微丝状光路，星点散射；第三块晶体无光路。说明三块蓝宝石晶体在惰性气氛(氩气)中高温退火的重结晶效果相当好。
实施例2：将五块导向温梯法生长出炉后的蓝宝石晶体毛坯、置于“晶体退火装置”的热处理室内，退火装置密封后，将退火装置(退火炉)内的气体排气至真空度高于3×10-3Pa时，充入高纯氢气，在还原气氛中脱碳去色、重结晶高温退火。退火程序与实施例1同样为升温速率：90℃/小时-110℃/小时；于1830℃恒温96小时；降温速率：90℃/小时-110℃/小时。
退火前晶体检测级别评定：第一块晶体为B661级；第二快晶体为B900级；第三快晶体为B012级；第四块晶体为B810级；第五快晶体为B431级。
还原气氛(氢气)中高温退火后，晶体中丝状光路检测：第一块晶体有明显丝状光路及白色丝状物，晶体内均有散射；第二块晶体内30毫米长一段有明显丝状光路，余下一小段有星点散射；第三快晶体内有轻微光路。第四块晶体内28毫米长有明显丝状光路及白色丝状物，其余部分为星点散射；第五块晶体43毫米长一段有丝状光路，其余小部分无光路。说明五块晶体在还原气氛中高温退火处理后，没有什么重结晶效果。
实施例1和实施例2两种不同气氛中，蓝宝石晶体高温退火的重结晶效果，充分说明惰性气氛(高纯氩气)中蓝宝石晶体的重结晶效果远优于还原气氛(高纯氢气)中蓝宝石晶体的重结晶。
解注：导向温梯法生长出炉后的蓝宝石晶体毛坯级别评定
A级：无任何丝状光路，星点散射和裂口。
B000：靠B第一个零、表示丝状光路，从1-9，1表示轻微丝状光路，9表示丝状光路特别严重。
靠B第二个零、表示星点散射，从1-9，1表示个别星点散射，9表示星点散射严重。
靠B第三个零、表示刚出炉时的蓝宝石晶体毛坯开裂情况。
实施例3：直径2英寸圆柱体的脱碳去色，去色心退火，将导向温梯法生长的蓝宝石晶体毛坯，加工成直径2英寸圆柱体(图2)、置于“晶体退火装置”的热处理室内，退火装置密封后，将退火装置(退火炉)内的气体排气至真空度高于3×10-3Pa，充入高纯氮气至炉内、使炉内压力大于大气压，开始升温，当炉温升至约900℃开始放气，维持炉内压力于0.03-0.05MPa。退火程序为升温速率：215℃/小时-310℃/小时；于1740℃恒温5小时；降温速率：215℃/小时-305℃/小时。经中性气氛(氮气)退火后的蓝宝石圆柱体，成为晶莹透亮的无色透明晶体(图3)。
实施例4：作为氮化物衬底材料、蓝-绿光半导体二极管LED和二极管LD衬底用的蓝宝石晶片的去色、去污染的热处理方法：将已经过氧化气氛(空气)中退火后、依然带有浅棕红色色心的晶片(图4)和经过机械加工后受污染而带杂色的蓝宝石晶片(图6左边的照片)、置于“晶体退火装置”的热处理室内。退火装置密封后，将退火装置(退火炉)内的气体排气至真空度高于3×10-3Pa，充入高纯氮气至炉内压力大于大气压，开始升温，当炉温升至约900℃时开始放气，维持炉内压力于0.03-0.05MPa。退火程序为升温速率可达400℃/小时，于1570℃恒温3小时；降温速率可达400℃/小时。经中性气氛(氮气)高温热处理后，蓝宝石晶片成为如图5和图6右边所示晶莹透亮的无色透明衬底片。

Claims (10)

1、中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法，其特征在于：将待退火和热处理的各种结晶方法生长的晶体，或经过机械加工处理的晶体，或使用过的晶体、晶片、晶体棒，或已经过氧化气氛(大气)中、还原气氛(氢气)中高温退火处理过的晶体、晶片、晶体棒，或陶瓷晶体，置于“晶体退火装置”的热处理室或退火装置可密封的电阻加热炉、感应加热炉的热处理室内，在中性气氛或惰性气氛或其两者混合气体的气氛中，从事晶体的脱碳去色、去色心、去污染、去除晶体内应力和晶体的重结晶以及从事陶瓷晶体的烧结等目的的退火，以及热处理。
2、依据权利要求1所述的中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法，其特征在于：将待退火的晶体、晶片、晶体棒或陶瓷晶体，置于“晶体退火装置”的热处理室内，退火装置密封后，先将炉膛内的气体排气至真空度高于2×10-2Pa，再充入中性气体、氮气。
3、依据权利要求1或2所述的中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法，其特征在于：中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法，充入的气体是惰性气体、氩气。
4、依据权利要求1或2所述的中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法，其特征在于：中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法，充入的气体是惰性气体、氦气。
5、依据权利要求1或2、3、4所述的中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法，其特征在于：中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法，充入的气体是其中性气体和惰性气体的混合气体。
6、依据权利要求1所述的中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法，其特征在于：依据待退火晶体毛坯尺寸大小，晶体样品或陶瓷晶体的种类和规格，晶体退火处理要求，晶体退火目的决定退火处理周期，即退火处理时间。
7、依据权利要求1或6所述的中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法，其特征在于：退火处理升温速率为40℃/小时-450℃/小时；退火处理温度的恒温时间为1小时至大于100小时；降温速率为20℃/小时-350℃/小时。
8、依据权利要求1或6所述的中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法，其特征在于：依据不同晶体品种、不同规格的晶体坯块、晶片、晶体棒，不同品种的陶瓷晶体，决定其最高退火恒温温度和恒温时间及热处理时间和温度。
9、依据权利要求1所述的中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法，其特征在于：可采用炉内压力为0.01～0.06MPa的封闭状态下的退火方法及热处理方法。
10、依据权利要求1所述的中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法，其特征在于：可采用炉内压力为0.01～0.06MPa的流通气体退火方法及热处理方法。
CN 200510028670 2005-08-11 2005-08-11 中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法 Pending CN1743514A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200510028670 CN1743514A (zh) 2005-08-11 2005-08-11 中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200510028670 CN1743514A (zh) 2005-08-11 2005-08-11 中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1743514A true CN1743514A (zh) 2006-03-08

Family

ID=36139032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200510028670 Pending CN1743514A (zh) 2005-08-11 2005-08-11 中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1743514A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101580965B (zh) * 2009-06-26 2011-04-13 哈尔滨工大奥瑞德光电技术有限公司 冷心放肩微量提拉法生长大尺寸蓝宝石单晶的快速退火方法
CN103194802A (zh) * 2012-01-05 2013-07-10 昆山中辰矽晶有限公司 晶棒表面之调质方法及其晶棒
CN103643300A (zh) * 2013-11-26 2014-03-19 浙江上城科技有限公司 一种用于蓝宝石加工过程中的退火方法
CN104755660A (zh) * 2012-10-31 2015-07-01 蓝宝石科技株式会社 蓝宝石单晶体的热处理方法及装置
CN107268086A (zh) * 2016-04-06 2017-10-20 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种提高硅酸铋闪烁晶体近紫外波段透过率的方法
CN107407006A (zh) * 2015-03-26 2017-11-28 京瓷株式会社 蓝宝石部件、及蓝宝石部件的制造方法
CN109576789A (zh) * 2018-12-29 2019-04-05 厦门中烁光电科技有限公司 铈掺杂稀土卤化物单晶的处理方法
CN110453287A (zh) * 2018-05-08 2019-11-15 安徽科瑞思创晶体材料有限责任公司 一种蓝宝石晶体的退火方法
CN113013323A (zh) * 2019-12-19 2021-06-22 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体结构及其形成方法、半导体器件
US11591713B2 (en) 2016-03-30 2023-02-28 Nikon Corporation Aluminum oxide, method for manufacturing aluminum oxide and optical component

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101580965B (zh) * 2009-06-26 2011-04-13 哈尔滨工大奥瑞德光电技术有限公司 冷心放肩微量提拉法生长大尺寸蓝宝石单晶的快速退火方法
CN103194802A (zh) * 2012-01-05 2013-07-10 昆山中辰矽晶有限公司 晶棒表面之调质方法及其晶棒
CN103194802B (zh) * 2012-01-05 2016-12-14 昆山中辰矽晶有限公司 晶棒表面之调质方法及其晶棒
CN104755660A (zh) * 2012-10-31 2015-07-01 蓝宝石科技株式会社 蓝宝石单晶体的热处理方法及装置
CN103643300A (zh) * 2013-11-26 2014-03-19 浙江上城科技有限公司 一种用于蓝宝石加工过程中的退火方法
CN103643300B (zh) * 2013-11-26 2017-04-12 浙江上城科技有限公司 一种用于蓝宝石加工过程中的退火方法
CN107407006A (zh) * 2015-03-26 2017-11-28 京瓷株式会社 蓝宝石部件、及蓝宝石部件的制造方法
US11591713B2 (en) 2016-03-30 2023-02-28 Nikon Corporation Aluminum oxide, method for manufacturing aluminum oxide and optical component
CN107268086A (zh) * 2016-04-06 2017-10-20 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种提高硅酸铋闪烁晶体近紫外波段透过率的方法
CN110453287A (zh) * 2018-05-08 2019-11-15 安徽科瑞思创晶体材料有限责任公司 一种蓝宝石晶体的退火方法
CN109576789A (zh) * 2018-12-29 2019-04-05 厦门中烁光电科技有限公司 铈掺杂稀土卤化物单晶的处理方法
CN113013323A (zh) * 2019-12-19 2021-06-22 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体结构及其形成方法、半导体器件

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1743514A (zh) 中性、惰性气氛中晶体的退火处理方法
CN101768777B (zh) 硅晶片及其制造方法
CN101580965B (zh) 冷心放肩微量提拉法生长大尺寸蓝宝石单晶的快速退火方法
CN1237585C (zh) 硅片的制造方法
US20190264349A1 (en) Method for manufacturing crystal ingot
CN103590111B (zh) 一种白光led用铈掺杂钇铝石榴石晶片的退火方法
CN107245759A (zh) 一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法
EP0241614B1 (en) Process for enhancing ti:al2o3 tunable laser crystal fluorescence by controlling crystal growth atmosphere
TWI609106B (zh) Double doped scintillation crystal manufacturing method
CN103014856A (zh) 掺铁钛蓝宝石晶片及其制备方法
CA1274753A (en) Process for enhancing ti:a1.sub.20.sub.3 tunable laser crystal fluorescence by annealing
CN1093182C (zh) 蓝宝石晶体的脱碳去色退火方法
CN104805411B (zh) 一种二氧化钒低温热致变色薄膜的制备方法
EP3666935A1 (en) High-purity silicon carbide single crystal substrate and preparation method therefor
WO2002027778A1 (fr) Procédé de traitement thermique d'une plaquette de silicium
Kawaminami et al. Crystal growth of large sapphire and its optical properties
CN112962143A (zh) 一种退火后的氧化物半导体薄膜和改善氧化物半导体薄膜结晶质量的两步退火法
CN110952145A (zh) 一种改善锗单晶内应力及内部缺微陷的热处理方法
Fan et al. Crystal growth, finite element analysis and oxygen annealing of ZnO bulk crystal grown by low-temperature-gradient chemical vapor transport
CA2212653C (en) A method for the heat treatment of znse crystal
CN101413142A (zh) 铝酸锂晶体的退火方法
JPS63210100A (ja) 単分域タンタル酸リチウム単結晶の製造方法
AU602113B2 (en) Purification process for dendritic web silicon crystal growth system and dendritic web silicon crystals made thereby
RU2743679C1 (ru) Способ улучшения цветовых характеристик природного касситерита методом термообработки
CN1282231C (zh) 一种直拉硅片的内吸杂工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination