CN206624947U - 一种磷化铟单晶生长装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磷化铟单晶生长装置，包括高压炉、氮气系统、加热系统、冷却系统和控制系统，所述高压炉包括支架、炉体和往复式翻转机构，所述氮气系统包括气罐和可控电动阀，所述加热系统包括设置在炉体内腔的加热器和坩埚固定座，所述冷却系统包括依次连通水箱、散热器、水泵和空心铜管，所述控制系统包括压力传感器、热电偶、温度传感器和可编程逻辑控制器。本实用新型的磷化铟单晶生长装置，自动化程度高，能有效提高磷化铟单晶的生长质量和生产效率。

Description

一种磷化铟单晶生长装置

技术领域

本实用新型涉及晶体生长技术领域，具体涉及一种使用垂直梯度凝固法制备磷化铟单晶的生长装置。

背景技术

磷化铟(InP)单晶是重要的化合物半导体材料，与砷化镓(GaAs)相比，其优越性主要在于高的饱和电场飘移速度、导热性好以及较强的抗辐射能力等，因此磷化铟单晶通常用于新型微电子、光电子元器件制造。

目前，制备磷化铟单晶应用较多的是VGF法，也称垂直梯度凝固法。美国贝尔实验室于上世纪80年代首次使用VGF法制备III-V族化合物，该方法是将装有磷化铟多晶原料的容器垂直置于高压炉中设定的相应温度梯度部位，容器周围分布有红磷，待多晶原料全熔后，从下部一端缓慢结晶并延续到上部一端的晶体生长方法。该方法因为生长速度较慢，温度梯度很小，因此晶体所受应力较小，所以可以生长出位错密度相对较低的晶体材料。

磷化铟单晶的质量，很大程度上取决于生长装置。目前我国的磷化铟单晶生长装置，普通存在自动化程度不高，尤其是大尺寸磷化铟单晶的质量无法得到保证，很大程度上制约了我国磷化铟单晶制备产业的发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种磷化铟单晶生长装置，实现磷化铟单晶生长过程的自动化控制，提高磷化铟单晶的生长质量和生产效率。

为实现以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种磷化铟单晶生长装置，包括高压炉、氮气系统、加热系统、冷却系统和控制系统，其中：

所述高压炉包括支架、炉体和往复式翻转机构，所述炉体在往复式翻转机构的带动下沿支架竖直翻转；

所述氮气系统包括气罐和可控电动阀，所述气罐通过管线与所述炉体的内腔连通，所述可控电动阀设置在炉体的气体进出口上；

所述加热系统包括设置在炉体内腔的加热器和坩埚固定座，所述加热器成环形，所述坩埚固定座位于加热器中下部；

所述冷却系统包括依次连通水箱、散热器、水泵和空心铜管，所述空心铜管缠绕在所述炉体的外表面；

所述控制系统包括压力传感器、热电偶、温度传感器和可编程逻辑控制器，所述压力传感器设置在炉体的内腔中，所述热电偶设置在加热器中，所述温度传感器设置在炉体中，所述加热器、可控电动阀和水泵均与所述可编程逻辑控制器电连接。

进一步地，所述加热器与所述炉体之间设置有保温层。

进一步地，所述生长装置还包括提拉机构，所述炉体的顶部设有与该提拉机构相配合的拉环。

进一步地，所述控制系统还包括与所述可编程逻辑控制器连接的PC机。

本实用新型的磷化铟单晶生长装置，通过控制系统综合调节氮气系统和加热系统，实现对磷化铟单晶生长过程中压力和温度的综合控制，提高磷化铟单晶单晶的成晶率和成晶质量；通过冷却系统，实现炉体内外温度的快速调节；其自动化程度高，有效提高磷化铟单晶的生长质量和生产效率。

附图说明

图1是本实用新型生长装置的结构示意图；

附图标记说明：1-支架；2-炉体；3-往复式翻转机构；4-气罐；5-可控电动阀；6-加热器；7-坩埚固定座；8-水箱；9-散热器；10-水泵；11-空心铜管；12-压力传感器；13-热电偶；14-温度传感器；15-可编程逻辑控制器；16-保温层；17-提拉机构；18-拉环；19-PC机；20-坩埚。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。

实施例：

请参照图1所示，一种磷化铟单晶生长装置，包括高压炉、氮气系统、加热系统、冷却系统和控制系统。

所述高压炉包括支架1、炉体2和往复式翻转机构3，所述炉体2在往复式翻转机构3的带动下沿支架1竖直翻转。其中，翻转机构7可采用齿轮机构或其他现有技术，只要能够实现炉体2和支架1之间在竖直和水平位置的翻转即可，在此就不对其详细结构进行赘述。

所述氮气系统包括气罐4和可控电动阀5，所述气罐4通过管线与所述炉体2的内腔连通，所述可控电动阀5设置在炉体2的气体进出口上。通过向炉体2内腔中充入氮气等惰性气体，以使得炉体2内部的用于磷化铟单晶生长的坩埚20内外压力保持一致，防止坩埚20的爆裂。

所述加热系统包括设置在炉体2内腔的加热器6和坩埚固定座7，所述加热器6成环形，所述坩埚固定座7位于加热器6中下部，所述坩埚20固定在坩埚固定座7上，其包括密封的石英坩埚和位于石英坩埚内的热解氮化硼(PBN)坩埚，所述加热器6与所述炉体2之间设置有保温层16。

所述冷却系统包括依次连通水箱8、散热器9、水泵10和空心铜管11，所述空心铜管11缠绕在所述炉体2的外表面。

所述控制系统包括压力传感器12、热电偶13、温度传感器14、可编程逻辑控制器15和PC机19，所述压力传感器12设置在炉体2的内腔中，所述热电偶13设置在加热器6中，所述温度传感器14设置在炉体2中，所述加热器6、可控电动阀5和水泵10均与所述可编程逻辑控制器15电连接。所述PC机19可方便对可编程逻辑控制器15进行操作。

所述热电偶13为多个，从上往下布置在加热器6之间，用于测量坩埚20各特定位置的温度值，并将该温度值传送至可编程逻辑控制器15，可编程逻辑控制器15对采集的温度值和设定值做对比，实时调节加热器6的功率，保证坩埚20的温度在设定值内。

所述压力传感器12采集炉体2内的压力值，并将该压力值传送至可编程逻辑控制器15，可编程逻辑控制器15对采集的压力值和设定值做对比，实时调节可控电磁阀5的开度，以调节炉体2内的压力值。

所述温度传感器14采集炉体2的温度数据，并将该温度值传送到可编程逻辑控制器15，可编程逻辑控制器15对采集的温度值和设定值做对比，实时调节水泵10的速度，改变循环水的流量，从而调节炉体2的温度。

本实用新型的磷化铟单晶生长装置，通过控制系统综合调节氮气系统和加热系统，实现对磷化铟单晶生长过程中压力和温度的综合控制，提高磷化铟单晶单晶的成晶率和成晶质量；通过冷却系统，实现炉体内外温度的快速调节；其自动化程度高，有效提高磷化铟单晶的生长质量和生产效率。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的保护范围中。

Claims (4)

1.一种磷化铟单晶生长装置，其特征在于，包括高压炉、氮气系统、加热系统、冷却系统和控制系统，其中：

所述高压炉包括支架(1)、炉体(2)和往复式翻转机构(3)，所述炉体(2)在往复式翻转机构(3)的带动下沿支架(1)竖直翻转；

所述氮气系统包括气罐(4)和可控电动阀(5)，所述气罐(4)通过管线与所述炉体(2)的内腔连通，所述可控电动阀(5)设置在炉体(2)的气体进出口上；

所述加热系统包括设置在炉体(2)内腔的加热器(6)和坩埚固定座(7)，所述加热器(6)成环形，所述坩埚固定座(7)位于加热器(6)中下部；

所述冷却系统包括依次连通水箱(8)、散热器(9)、水泵(10)和空心铜管(11)，所述空心铜管(11)缠绕在所述炉体(2)的外表面；

所述控制系统包括压力传感器(12)、热电偶(13)、温度传感器(14)和可编程逻辑控制器(15)，所述压力传感器(12)设置在炉体(2)的内腔中，所述热电偶(13)设置在加热器(6)中，所述温度传感器(14)设置在炉体(2)中，所述加热器(6)、可控电动阀(5)和水泵(10)均与所述可编程逻辑控制器(15)电连接。

2.根据权利要求1所述的磷化铟单晶生长装置，其特征在于，所述加热器(6)与所述炉体(2)之间设置有保温层(16)。

3.根据权利要求2所述的磷化铟单晶生长装置，其特征在于，所述生长装置还包括提拉机构(17)，所述炉体(2)的顶部设有与该提拉机构(17)相配合的拉环(18)。

4.根据权利要求1-3任一所述的磷化铟单晶生长装置，其特征在于，所述控制系统还包括与所述可编程逻辑控制器(15)连接的PC机(19)。