CN206204483U - 一种应用非接触测温的磷化铟单晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用非接触测温的磷化铟单晶炉，属于半导体单晶制备技术领域。所述磷化铟单晶炉包括炉体，炉盖，坩埚，坩埚内放置有多晶熔体，坩埚与炉体之间设置有加热体，籽晶杆，籽晶杆一端固定有籽晶，另一端连接有传动机构，在炉盖上表面开有观察窗，垂直观察窗上方固定有红外测温仪，通过红外测温仪监测多晶熔体的温度。本实用新型采用红外测温仪监测多晶熔体温度，无需加运动结构，使控制方法简单，且红外测温仪测温不受炉内高温和挥发性物质影响，测温精度稳定，降低维护成本。

Description

一种应用非接触测温的磷化铟单晶炉

技术领域

本实用新型涉及半导体单晶制备技术领域，具体地，特别涉及一种应用非接触测温的磷化铟单晶炉。

背景技术

磷化铟半导体材料具有电子极限漂移速度高、耐辐射性能好、导热好的优点，具有宽禁带结构，并且电子在通过磷化铟材料时速度快，这意味着用磷化铟材料制作的器件能够放大更高频率或更短波长的信号。因此利用磷化铟芯片制造的卫星信号接收机和放大器可以工作在100GHz以上的极高频率，并且有很宽的带宽，受外界影响较小，稳定性很高。

制造磷化铟单晶国际上普遍应用的生长工艺主要有垂直梯度凝固法(VGF)、垂直布里奇曼法(VB)、蒸汽压控制直拉法(VCz)和液封直拉法(LEC)。LEC是磷化铟单晶生长的主要方法。将要生长的材料放在一个合适的坩埚内，然后用电阻加热或感应加热坩埚使材料熔化，接着调整溶解料的温度使熔体的中心温度在它的凝固点上，将籽晶放入熔体中，通过慢慢地提拉籽晶开始晶体生长。控制合适的熔体温度，就可以随着籽晶从熔体中的提拉开始结晶。图1是现有技术中采用热电偶测温的单晶炉示意图，如图1所示，所述单晶炉控制熔体温度是将热电偶15固定在升降装置16上，测温时，使热电偶15降下，热电偶15的测温点接触熔体4测温；测温结束时，使热电偶15升回原位。这种测温方法的缺点是控制熔体温度时，随着拉单晶过程中熔体的消耗，熔体的液位不断下降，就要控制热电偶跟随熔体的液位同步下降，控制方法复杂；热电偶长时间置于炉体中，存在较多挥发性物质，容易在热电偶的测温点形成结晶，并且长时间置于高温和富磷的环境中，容易造成局部熔化或腐蚀，影响测温精度，需要经常维护。

实用新型内容

鉴于以上问题，本实用新型的目的是提供一种应用非接触测温的磷化铟单晶炉，以解决应用热电偶测温控制方法复杂，测温精度不稳定的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型所述应用非接触测温的磷化铟单晶炉，包括炉体，炉盖，坩埚，在坩埚内放置有多晶熔体，在坩埚与炉体之间设置有加热体，籽晶杆，籽晶杆一端固定有籽晶，另一端连接有传动机构，在炉盖上表面开有观察窗，在垂直观察窗上方固定有红外测温仪，通过红外测温仪监测多晶熔体的温度。

进一步地，在红外测温仪与加热体的供电电源之间连接有控制器。

进一步地，将坩埚放置于坩埚托盘上，通过坩埚托盘带动坩埚一起旋转。

本实用新型所述应用非接触测温的磷化铟单晶炉，采用红外测温仪代替了传统的热电偶测温，红外测温仪固定在炉体外部，无需安装运动结构，控制方法简单，且红外测温仪不会受到炉体内高温和挥发性物质的影响，测温精度较高，降低维护成本。

附图说明

图1是现有技术中采用热电偶测温的单晶炉示意图；

图2是本实用新型所述应用非接触测温的磷化铟单晶炉示意图。

在附图中，相同的附图标记指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

现结合附图对本实用新型做进一步的说明，使本实用新型更加清楚和易于理解。

图2是本实用新型所述应用非接触测温的磷化铟单晶炉示意图，如图2所示，所述磷化铟单晶炉包括：炉体1，炉盖2，坩埚3，坩埚3内放置有多晶熔体4，在坩埚3与炉体1之间设置有加热体5，籽晶杆6，籽晶杆6的一端固定有籽晶7，一端连接有传动机构8，通过传动机构8带动籽晶7上下运动，在炉盖2上表面开有观察窗9，在垂直观察窗9上方固定有红外测温仪10，通过红外测温仪10监测多晶熔体4的温度。

其中，坩埚3的材质为石英或氮化硼，多晶熔体4为磷化铟多晶放置于坩埚3之中后，被加热体5加热到熔点形成的熔体。在多晶熔体4上覆盖有液封层11，以防止磷化铟挥发。液封层11使用氧化硼熔体。

在红外测温仪10与加热体5的供电电源之间连接有控制器，红外测温仪10将监测到的多晶熔体温度反馈至控制器，由控制器控制加热体5的供电电源调节加热功率，进而调节坩埚3的热场，以实现单晶的不断生长。

在炉体1的底部设置有坩埚托盘12，坩埚3放置于坩埚托盘12上，通过坩埚托盘12带动坩埚3一起旋转。坩埚托盘材质为耐高温材料，本实用新型优选为石墨。在加热体5与炉体1之间设置有保温层13，以稳定加热体5形成的热场，保温层13的材质为耐高温保温材料，本实用新型优选为石墨毡。

加热体5加热使坩埚3升温，升温至磷化铟多晶熔点后，磷化铟多晶熔化形成多晶熔体4。长晶时，传动机构8带动籽晶杆6端部的籽晶7向下运动，将籽晶7降入液封层11之下与多晶熔体4表面接触，通过调节热场，多晶熔体4在籽晶7端部开始生长，此时，通过传动机构8缓慢向上拉动籽晶杆6，坩埚托盘12带动坩埚3旋转，在籽晶7的端部逐渐生长出单晶体14。在长晶的过程中，红外测温仪10通过观察窗9监测多晶熔体4的温度，加热体5的供电电源通过控制器根据红外测温仪10反馈的温度调节加热功率，调节热场，使单晶不断生长。

其中，坩埚托盘12带动坩埚3一起旋转，控制籽晶生长的速度，进而控制生长成的单晶的直径大小。当生长的单晶直径大时，降低旋转速度，减小单晶直径；当生长的单晶直径小时，提高旋转速度，增大单晶直径。

综上，本实用新型应用非接触测温代替传统热电偶测温，使测温控制简单，且测温不受炉内高温和挥发性物质的影响，测温精度高，降低维护成本。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种应用非接触测温的磷化铟单晶炉，包括炉体，炉盖，坩埚，所述坩埚内放置有多晶熔体，所述坩埚与所述炉体之间设置有加热体，籽晶杆，所述籽晶杆一端固定有籽晶，另一端连接有传动机构，其特征在于，在所述炉盖上表面开有观察窗，垂直所述观察窗上方固定有红外测温仪，通过所述红外测温仪监测所述多晶熔体的温度。

2.根据权利要求1所述的磷化铟单晶炉，其特征在于，在所述红外测温仪与所述加热体的供电电源之间连接有控制器。

3.根据权利要求1所述的磷化铟单晶炉，其特征在于，所述坩埚放置于坩埚托盘上，通过所述坩埚托盘带动所述坩埚一起旋转。