CN211471638U - 一种高纯锗用加热坩埚和直拉提纯装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高纯锗用加热坩埚和直拉提纯装置，所述加热坩埚包括外层和内层；所述内层为带有上沿的杯形结构，内部用于容纳锗原料，构成熔炼腔室；所述外层呈上下开口的筒形；所述外层套设于所述内层的外侧，且所述外层的顶部与内层的上沿密封连接；所述外层的直径大于所述内层的直径，二者之间构成具有底部开口的容纳空间。该加热坩埚通过设置双层结构并将加热器嵌套于坩埚的两层之间，能够隔离加热器与锗原料，避免了锗原料因加热器高温挥发杂质而受到污染，提高了锗单晶的品质，同时还保护了单晶炉内的高纯气氛，降低了生产成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及单晶制备技术领域，具体涉及一种制备高纯锗单晶的加热坩埚和直拉提纯装置。
背景技术
高纯锗单晶是以区熔锗锭为原料，用直拉法(CZ)法制备而成。一般采用高纯石英作为坩埚，高纯石墨作为感应加热器。石墨感应受热后将热量传递给石英坩埚进而将锗锭进行融化。
探测器级高纯锗晶体的一个基本指标是净杂质浓度低于2×10cm-3。现有的直拉提纯锗单晶装置以高纯石英作为坩埚，石墨加热器位于石英坩埚外围，在锗单晶拉制过程中，石墨加热器因高温产生大量挥发物会对单晶炉内环境造成极大的污染，使得高纯锗的纯度降低；若这些挥发物不及时处理，还会影响下一炉高纯锗单晶的品质。同时，在清理过程中很难将挥发物完全清理干净，进而降低整个提纯装置的寿命。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种高纯锗用加热坩埚和直拉提纯装置，该加热坩埚为双层石英一体化坩埚，利用特殊的石墨-石英封装技术减少石墨中杂质的扩散转移。
为此，本实用新型的第一方面提供了一种高纯锗用加热坩埚，包括外层和内层；
所述内层为带有上沿的杯形结构，内部用于容纳锗原料，构成熔炼腔室；
所述外层呈上下开口的筒形；
所述外层套设于所述内层的外侧，且所述外层的顶部与内层的上沿密封连接；
所述外层的直径大于所述内层的直径，二者之间构成具有底部开口的容纳空间。
进一步，所述外层和内层为一体成型结构。
进一步，所述加热坩埚的材质为半导体级石英。
进一步，所述内层的直径为40-50mm，所述外层的直径为65-75mm。
进一步，所述内层和/或外层的壁厚度为10mm。
本实用新型的第二方面，提供了一种直拉提纯装置，包括所述的高纯锗用加热坩埚，和设置在所述加热坩埚的容纳空间中的加热器。
进一步，所述加热器为石墨加热器。
进一步，所述加热器呈顶部开口的筒形，其顶部开口通过所述底部开口插设于所述加热坩埚的容纳空间中。
进一步，所述加热器的直径大于所述加热坩埚内层的直径，小于所述加热坩埚外层的直径，所述加热器的高度大于内层的高度，小于外层的高度。
进一步，所述加热器的直径为55-70mm。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型提供的加热坩埚结构简单，易于加工，通过设置双层结构并将加热器嵌套于坩埚的两层之间，能够将加热器与锗原料相隔离，避免了锗原料因加热器高温挥发杂质而受到污染，提高了锗单晶的品质，同时还保护了单晶炉内的高纯气氛，降低了生产成本。
本实用新型还提供了相应的直拉提纯装置，应用该装置可制备得到高纯度的锗单晶。由于加热器因高温产生的挥发物不会扩散到单晶炉内，所以单晶炉内的高纯气氛不受污染，有利于延长该直拉提纯装置的寿命。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为直拉提纯装置的剖面图；
1-加热坩埚；11-内层；12-外层；2-加热器；3-锗原料。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本实用新型公开了一种直拉法提纯锗单晶的装置，如图1所示，包括加热坩埚1和加热器2。其中，加热坩埚1包括内层11和外层12；所述内层11为带有上沿的杯形结构，内部用于容纳锗原料3，构成熔炼腔室；所述外层12呈上下开口的筒形；外层12套设于内层11的外侧，且外层12的顶部与内层11的上沿密封连接；外层12的内径大于内层11的外径，二者之间构成具有底部开口的容纳空间，该容纳空间用于容纳加热器2。
在锗单晶拉制过程中，加热器2因高温会产生大量挥发物，由于本实施例中的加热坩埚1采用双层结构，使挥发物不会与锗原料3相接触，有效避免了挥发物对锗单晶或加热炉的污染，提高了锗单晶的品质。
在进一步的实施例中，所述加热坩埚1的材质半导体级石英，外层12和内层11一体化成型。内层11的直径为40-50mm，外层12的直径为65-75mm；在具体的实施例中，内层11的直径为45mm，外层12的直径为70mm，内层11和外层12的壁厚度均为10mm。
在进一步的实施例中，所述加热器2为石墨加热器，加热器2呈顶部开口的筒形，其顶部开口通过所述底部开口插设于加热坩埚1的容纳空间中。所述加热器2的直径大于加热坩埚内层11的直径，小于加热坩埚外层12的直径，且加热器2的高度大于内层11的高度，小于外层12的高度。加热器2的直径为55-70mm，在具体的实施例中，加热器2的直径为60mm。
拉制锗单晶的步骤如下：首先，将加热器2放入单晶炉的炉膛内，将加热坩埚1扣于加热器2之上，使加热器2嵌套于内层11和外层12之间的空心容腔中；然后，将锗原料3放入内层11形成的熔炼腔室中，将单晶炉的温度升至937℃，同时通入H2作为保护气体，锗原料3熔融后，依次经过引晶、缩颈、放肩、转肩、等径生长、收尾、降温等步骤制备得到所需要的高纯锗单晶。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种高纯锗用加热坩埚，其特征在于，所述加热坩埚包括外层和内层；
所述内层为带有上沿的杯形结构，内部用于容纳锗原料，构成熔炼腔室；
所述外层呈上下开口的筒形；
所述外层套设于所述内层的外侧，且所述外层的顶部与内层的上沿密封连接；
所述外层的直径大于所述内层的直径，二者之间构成具有底部开口的容纳空间。
2.如权利要求1所述的加热坩埚，其特征在于，所述外层和内层为一体成型结构。
3.如权利要求1所述的加热坩埚，其特征在于，所述加热坩埚的材质为半导体级石英。
4.如权利要求1-3任意一项所述的加热坩埚，其特征在于，所述内层的直径为40-50mm，所述外层的直径为65-75mm。
5.如权利要求4所述的加热坩埚，其特征在于，所述内层和/或外层的壁厚度为10mm。
6.一种直拉提纯装置，其特征在于，所述直拉提纯装置包括权利要求1-5任一项所述的加热坩埚，和设置在所述加热坩埚的容纳空间中的加热器。
7.如权利要求6所述的直拉提纯装置，其特征在于，所述加热器为石墨加热器。
8.如权利要求6所述的直拉提纯装置，其特征在于，所述加热器呈顶部开口的筒形，其顶部开口通过所述底部开口插设于所述加热坩埚的容纳空间中。
9.如权利要求6所述的直拉提纯装置，其特征在于，所述加热器的直径大于所述加热坩埚内层的直径，小于所述加热坩埚外层的直径，所述加热器的高度大于内层的高度，小于外层的高度。
10.如权利要求9所述的直拉提纯装置，其特征在于，所述加热器的直径为55-70mm。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112725890A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-30 | 清远先导材料有限公司 | 晶体生长装置及晶体生长方法 |
| CN114574944A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-06-03 | 北京晶格领域半导体有限公司 | 碳化硅单晶液相生长装置及方法 |
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2019
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