CN216107318U - 一种用于晶体生长的坩埚装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于晶体生长技术领域，具体涉及一种用于晶体生长的坩埚装置；该装置包括：坩埚体以及至少两根导料管；所有的导料管均匀的设置在坩埚体的侧面；所述坩埚体的侧面设置有与导料管数量相同的坩埚通孔；导料管的下端管口与坩埚通孔连接，使得熔液能通过导料管流入坩埚体内部；本发明成本低，加热滞后性小，温场均匀性高，可实现生长高质量、大尺寸晶体的目标，具有良好的经济效益。

Description

一种用于晶体生长的坩埚装置

技术领域

本发明属于晶体生长技术领域，具体涉及一种用于晶体生长的坩埚装置。

背景技术

提拉法是一种常用的晶体生长方法：坩埚中的原料在感应加热或电阻加热到一定温度后熔化，与籽晶杆下端连接的籽晶下降至接触熔体并形成过冷梯度，固液界面附近的熔体沿籽晶结晶，并在籽晶杆的向上提拉过程中逐渐生长出一定尺寸的晶体。在此过程中，固液界面会因熔体结晶而逐渐下降，直至熔体不能继续结晶生长，因此，晶体的最终尺寸取决于坩埚中的原料多少，而原料的多少最终取决于坩埚的大小。在晶体生长领域，坩埚通常用铱金、铂金等稀贵金属制作，大坩埚的制作和使用成本高昂，因此如何降低坩埚成本，利用小坩埚生长出高质量的大尺寸晶体成为晶体专业人员追求的重要目标。

在晶体生长过程中往坩埚内添加原料是生长大尺寸晶体的一种方法，为避免加料造成液面波动，影响晶体生长控制，目前使用的坩埚通常是双坩埚结构，即大坩埚内部设置小坩埚，小坩埚侧壁底部有通孔，以保证熔体可流动，原料通过大小坩埚侧壁之间的空隙加入。但无论是感应加热还是电阻加热，此坩埚结构都是外层大坩埚先受热，然后通过热传导将热量传递给内部小坩埚，这必然导致加热滞后，同时不对称的加料方式还会造成温场梯度的不均匀，严重影响晶体生长过程控制及最终质量。此外，由于坩埚材料通常为稀贵金属，导致双坩埚的成本极为昂贵。

因此，如何降低坩埚成本、减小加热滞后性、提高温场梯度均匀性，同时还能通过连续加料来保持固液界面不变，以生长高质量大尺寸晶体，成为了本领域技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种用于晶体生长的坩埚装置，该装置包括：坩埚体以及至少两根导料管；所有的导料管均匀的设置在坩埚体的侧面；所述坩埚体的侧面设置有与导料管数量相同的坩埚通孔；导料管的下端管口与坩埚通孔连接，使得熔液能通过导料管流入坩埚体内部。

优选的，导料管为中空柱体结构，其上端开口，形成导料管上端管口。

进一步的，导料管为内部直径从下到上均匀变大的中空圆台结构。

进一步的，导料管上端管口高度小于或等于坩埚体高度。

进一步的，导料管的导料管壁均与坩埚体接触，且接触部分均与坩埚体融为一体。

优选的，坩埚通孔设置在坩埚体侧面底部。

优选的，坩埚体的材质为可接受感应加热或电阻加热的耐高温材料。

进一步的，导料管均与坩埚体材质相同。

进一步的，坩埚体周围还设置有保温材料。

一种用于晶体生长的坩埚装置的使用方法，该使用方法包括：将原料通过导料管上端管口注入导料管内；原料在导料管内受热熔化后，将籽晶杆下端连接的籽晶下降至接触原料熔体；等待固液界面附近的熔体沿籽晶结晶后，提拉籽晶杆，并不断向导料管注入原料；控制晶体持续生长至加料结束或控制结束，获得生长出的大尺寸晶体。

本发明的有益效果为：本发明采用单层坩埚设计，避免了类似双坩埚的外层设计，节省了坩埚材料，极大降低了坩埚成本，进而降低了晶体生长成本；除了导料管和坩埚壁接触区域外，剩余面积均为单层结构，热量传递快，加热滞后性小，有利于晶体生长控制；通过在坩埚体侧面均匀设置的导料管同时等量连续加料，可在保证固液界面高度不变的同时，也确保了温场梯度的均匀性，提高了晶体质量，本发明成本低，加热滞后性小，温场均匀性高，可实现生长高质量、大尺寸晶体的目标，具有良好的经济效益。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1为本发明中一种用于晶体生长的坩埚装置结构示意图；

图2为本发明中使用坩埚装置的一种优选实施例结构示意图；

图中：1、坩埚装置；11、坩埚体；12、导料管；13、坩埚通孔；2、籽晶杆；3、籽晶；4、晶体；5、原料；6、原料熔体；7、保温材料。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种用于晶体生长的坩埚装置，如图1所示，该装置包括：坩埚体11以及至少两根导料管12；所有的导料管12均匀的设置在坩埚体11的侧面；所述坩埚体11的侧面设置有与导料管数量相同的坩埚通孔13；导料管12的下端管口与坩埚通孔13连接，使得熔液能通过导料管流入坩埚体11内部。

通过在坩埚体侧面均匀设置至少两根导料管，使用时向所有导料管同时加入等量原料，原料在导料管内同时熔化并流入坩埚体，保证了坩埚装置的温场梯度均匀，使得坩埚装置生长出高质量晶体；通过设置坩埚为单层结构，减小了加热滞后性，有利于晶体生长控制；同时，由于坩埚材料较昂贵，本发明的坩埚壁大部分区域均为单层结构还减少了成本。

优选的，导料管12为中空柱体结构，其上端开口，形成导料管上端管口。

进一步的，导料管12为内部直径从下到上均匀变大的中空圆台结构；可选的，导料管结构不限于圆台结构，可为其他能向内添加原料的开口结构。

进一步的，导料管上端管口高度小于或等于坩埚体11高度。

进一步的，导料管12的导料管壁均与坩埚体11接触，且接触部分均与坩埚体11融为一体；可选的，导料管壁可部分与坩埚体接触且接触部分融为一体，也可不与坩埚体接触；通过导料管与坩埚体共用部分结构从而减少成本，同时可加快导热，使得原料更快熔化。

优选的，坩埚通孔13设置在坩埚体11侧面底部；将坩埚通孔设置在底部可以实现当原料较少时能够充分利用这些的原料。

优选的，坩埚体11的材质为可接受感应加热或电阻加热的耐高温材料。

进一步的，导料管12均与坩埚体11材质相同；通过设置导料管材质与坩埚体材质相同，保证温场梯度均匀，进而保证生长晶体的质量。

进一步的，坩埚体周围还设置有保温材料；通过在坩埚周围设置保温材料，减少热量散失，可保持坩埚体恒温同时节约能耗。

一种用于晶体生长的坩埚装置的使用方法，该使用方法包括：

将原料3通过导料管上端管口注入导料管内；

原料3在导料管内受热熔化后，将籽晶杆4下端连接的籽晶5下降至接触原料熔体6；

等待固液界面附近的熔体沿籽晶5结晶后，提拉籽晶杆4，并不断向导料管注入原料3；

控制晶体7持续生长至加料结束或控制结束，获得生长出的大尺寸晶体7。

一种使用用于晶体生长的坩埚装置的优选实施例为：

如图2所示，使用本发明时，在整个坩埚装置1外部放置保温材料2，以保持装置恒温同时节约能耗，将原料3通过导料管上端管口注入管内，之后原料3在导料管内受热熔化，将籽晶杆4下端连接的籽晶5下降至接触原料熔体6，固液界面附近的熔体将沿籽晶5结晶；等待固液界面附近的熔体沿籽晶5结晶后，提拉籽晶杆4，不断向导料管注入原料3，当导料管管内原料熔体液面比坩埚内原料熔体6液面高时，在重力作用下熔体通过坩埚体底端的坩埚通孔13进入坩埚内部，从而控制固液界面高度，使得固液界面高度保持一致；晶体7持续生长至加料结束或者控制结束，最终生长出大尺寸晶体7；由于导料管均匀设置在坩埚体侧面，在所有导料管上端管口同时连续、均匀、等量加料可确保满足晶体生长的温场梯度均匀性不受破坏，进而保证了晶体7的最终质量。

本发明采用单层坩埚设计，避免了坩埚为双坩埚结构的缺陷；双坩埚结构为大坩埚内部设置小坩埚，小坩埚侧壁底部有通孔，以保证熔体可流动，原料通过大小坩埚侧壁之间的空隙加入，此类坩埚结构都是外层大坩埚先受热，然后通过热传导将热量传递给内部小坩埚，这必然导致加热滞后的缺陷。而本发明除了导料管和坩埚壁接触区域外，剩余面积均为单层结构，热量传递快，加热滞后性小，有利于晶体生长控制；同时，由于坩埚材料较昂贵，本发明的坩埚壁大部分区域均为单层结构极大降低了坩埚成本，进而降低了晶体生长成本；另外，双坩埚结构不对称的加料方式会造成温场梯度的不均匀，严重影响晶体生长过程控制及最终质量，而本发明通过在坩埚体侧面均匀设置的导料管同时等量连续加料，可在保证固液界面高度不变的同时，也确保了温场梯度的均匀性，提高了晶体质量，本发明成本低，加热滞后性小，温场均匀性高，可实现生长高质量、大尺寸晶体的目标，具有良好的经济效益。

以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于晶体生长的坩埚装置，其特征在于，包括坩埚体(11)以及至少两根导料管(12)；所有的导料管(12)均匀的设置在坩埚体(11)的侧面；所述坩埚体(11)的侧面设置有与导料管数量相同的坩埚通孔(13)；导料管(12)的下端管口与坩埚通孔(13)连接，使得熔液能通过导料管流入坩埚体(11)内部。

2.根据权利要求1所述的一种用于晶体生长的坩埚装置，其特征在于，导料管(12)为中空柱体结构，其上端开口，形成导料管上端管口。

3.根据权利要求2所述的一种用于晶体生长的坩埚装置，其特征在于，导料管(12)为内部直径从下到上均匀变大的中空圆台结构。

4.根据权利要求2所述的一种用于晶体生长的坩埚装置，其特征在于，导料管上端管口高度小于或等于坩埚体(11)高度。

5.根据权利要求1所述的一种用于晶体生长的坩埚装置，其特征在于，导料管(12)的导料管壁均与坩埚体(11)接触，且接触部分均与坩埚体(11)融为一体。

6.根据权利要求1所述的一种用于晶体生长的坩埚装置，其特征在于，坩埚通孔(13)设置在坩埚体(11)侧面底部。

7.根据权利要求1所述的一种用于晶体生长的坩埚装置，其特征在于，坩埚体(11)的材质为可接受感应加热或电阻加热的耐高温材料。

8.根据权利要求1所述的一种用于晶体生长的坩埚装置，其特征在于，导料管(12)均与坩埚体(11)材质相同。

9.根据权利要求1所述的一种用于晶体生长的坩埚装置，其特征在于，坩埚体(11)周围还设置有保温材料(2)。

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