CN217709751U - 坩埚下降法锗单晶生长装置 - Google Patents
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Abstract
坩埚下降法锗单晶生长装置，涉及锗单晶生长领域。本实用新型包括坩埚、保温桶、炉室、加热器、升降组件和支撑底座，炉室放置在支撑底座上，保温桶设置在炉室内，坩埚设置在保温桶内；升降组件放置在支撑底座中点处，升降组件穿过保温桶底部，坩埚放置在升降组件上；加热器为三组，从上至下等距设置在保温桶与坩埚之间的夹层中，分为高温区、梯度区和低温区。本实用新型能够较好的解决大尺寸锗单晶生长时的变晶问题，方便的调整保温毡形状和尺寸，能够控制长晶温度梯度在合理的区间，获得的长晶固液界面更平坦，生长的大尺寸锗单晶更好的保持单一晶型。
Description
技术领域
本实用新型涉及锗单晶生长领域，尤其是一种用于大尺寸锗单晶生长，长晶温度控制方便，较容易获得良好长晶固液界面的坩埚下降法锗单晶生长装置。
背景技术
随着半导体技术、太阳能技术的发展，需要尺寸更大的锗晶片，以便在单位面积上一次成型更多的器件所需的集成电路，或者制作更大的外延片；同时，红外对地监控卫星所需的锗镜头镜片也需要更大的尺寸。常用的锗单晶生长方法，主要有直拉法和垂直梯度凝固法，这两种方法的优势是生长较小尺寸锗单晶时，长晶温度梯度较好调控，有较快的长晶速度。而生长直径300mm以上的大尺寸的单晶，要获得合理的长晶温度梯度，需要更大及复杂的热场，易发生单晶生长时热传输不均匀导致生长的单晶晶型发生改变，要获得位错密度低的单一晶型锗单晶，需要控制的工艺参数较多，生长热场设计制作成本也较高。
发明内容
本实用新型所要解决的就是现有直拉法和垂直梯度凝固法设备在生长大尺寸锗单晶时，工艺参数调控复杂、热场不均匀导致的锗单晶容易变晶的问题，提供一种用于大尺寸锗单晶生长，长晶温度梯度调控方便，较容易获得良好长晶固液界面的坩埚下降法锗单晶生长装置。
本实用新型的坩埚下降法锗单晶生长装置，其特征在于该生长装置包括坩埚、保温桶、炉室、加热器、升降组件和支撑底座，炉室放置在支撑底座上，保温桶设置在炉室内，坩埚设置在保温桶内；升降组件放置在支撑底座中点处，升降组件穿过保温桶底部，坩埚放置在升降组件上；加热器为三组，从上至下等距设置在保温桶与坩埚之间的夹层中，分为高温区、梯度区和低温区。
设置的三个温度区域，熔融的锗金属在梯度区定向凝固，并在凝固的过程中有良好的固液界面，即固液界面平坦或微凸向高温区，凝固形成锗单晶。
所述的升降组件包括升降电机、推杆和坩埚托，升降电机固定在支撑底座上，推杆竖直安装在升降电机上，推杆上端从保温桶底部穿入保温桶内，坩埚托为圆环住状，固定在推杆顶部，坩埚底部安装在坩埚托上。
所述的保温桶下部为三层圆环上、下堆叠而成，从上至下，圆环的外径逐渐减小，内径逐渐减小，保温桶下部外壁呈锥形，内壁呈阶梯状。
设计合适的保温桶下部保温圆环厚度，定向凝固生长锗单晶产生的结晶潜热有合理的传导及辐射方向和速率，有利于平坦或微凸形状的固液界面形成。
所述的炉室顶部设置有副室，副室内悬挂有提拉杆，提拉杆靠近坩埚的端部安装有籽晶，提拉杆正下方的保温桶和坩埚顶部上设置有通孔，提拉杆可以穿过通孔与坩埚内的锗金属接触。
所述的坩埚外壁上设置有热电偶，热电偶为三个，分别设置在坩埚的顶部、中部和底部。
所述的坩埚内部底端设置有籽晶托，用于放置籽晶。
所述的炉室外壁设置有中空的夹层，夹层内通有冷却水，通过冷却水带走多余的结晶潜热。
本实用新型的坩埚下降法锗单晶生长装置，结构简单，设计科学，使用方便，能够较好的解决大尺寸锗单晶生长时的变晶问题，方便的调整保温毡形状和尺寸，能够控制长晶温度梯度在合理的区间，获得的长晶固液界面更平坦，生长的大尺寸锗单晶更好的保持单一晶型。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
其中，坩埚1，保温桶2，炉室3，加热器4，支撑底座5，升降电机6，推杆7，坩埚托8，副室9，提拉杆10，热电偶11，籽晶托12。
具体实施方式
实施例1：一种坩埚下降法锗单晶生长装置，包括坩埚、保温桶、炉室、加热器、升降组件和支撑底座，炉室放置在支撑底座上，保温桶设置在炉室内，坩埚设置在保温桶内；升降组件放置在支撑底座中点处，升降组件穿过保温桶底部，坩埚放置在升降组件上；加热器为三组，从上至下等距设置在保温桶与坩埚之间的夹层中，分为高温区、梯度区和低温区。设置的三个温度区域，熔融的锗金属在梯度区定向凝固，并在凝固的过程中有良好的固液界面，即固液界面平坦或微凸向高温区，凝固形成锗单晶。
升降组件包括升降电机、推杆和坩埚托，升降电机固定在支撑底座上，推杆竖直安装在升降电机上，推杆上端从保温桶底部穿入保温桶内，坩埚托为圆环住状，固定在推杆顶部，坩埚底部安装在坩埚托上。
保温桶由高纯石墨硬毡或软毡制成，保温桶下部为三层圆环上、下堆叠而成，从上至下，圆环的外径逐渐减小，内径逐渐减小，保温桶下部外壁呈锥形，内壁呈阶梯状。设计合适的保温桶下部保温圆环厚度，定向凝固生长锗单晶产生的结晶潜热有合理的传导及辐射方向和速率，有利于平坦或微凸形状的固液界面形成。
炉室顶部设置有副室，副室内悬挂有提拉杆，提拉杆靠近坩埚的端部安装有籽晶，提拉杆正下方的保温桶和坩埚顶部上设置有通孔，提拉杆可以穿过通孔与坩埚内的锗金属接触，在长晶升温化料时提拉熔融锗中的浮渣，提拉浮渣从保温桶和坩埚的通孔处取出。
坩埚外壁上设置有热电偶，热电偶为三个，分别设置在坩埚的顶部、中部和底部，热电偶与加热器可以与温控装置连接，区域温度的测定由热电偶完成，加热器是石墨电阻加热器，通过温控装置实现自动温度控制。
坩埚内部底端设置有籽晶托，用于放置籽晶。炉室外壁设置有中空的夹层，夹层内通有冷却水，通过冷却水带走多余的结晶潜热。
使用该装置进行锗单晶的生长，选取晶型、晶向和尺寸合乎使用要求的籽晶，放置并固定在籽晶托内；然后在坩埚内装入区熔锗锭，根据生长N型或P型晶体的需要添加杂质元素；加热器通电使区熔锗锭融化；待锗锭融化，长晶开始之前，在熔融锗表面出现的浮渣，通过上下移动提拉杆去除浮渣；提拉杆靠近长晶腔室方向的端部安装有提拉浮渣用的籽晶；加热器通电升温，热量传导到坩埚、区熔锗锭，区熔锗锭融化与籽晶熔接，启动升降电机，升降电机转动输出的机械能通过推杆带动坩埚向下移动，熔融态的锗在温度梯度区域由液态向固态转变，完成锗单晶的生长。
Claims (7)
1.一种坩埚下降法锗单晶生长装置，其特征在于该生长装置包括坩埚、保温桶、炉室、加热器、升降组件和支撑底座，炉室放置在支撑底座上，保温桶设置在炉室内，坩埚设置在保温桶内；升降组件放置在支撑底座中点处，升降组件穿过保温桶底部，坩埚放置在升降组件上；加热器为三组，从上至下等距设置在保温桶与坩埚之间的夹层中，分为高温区、梯度区和低温区。
2.如权利要求1所述的坩埚下降法锗单晶生长装置，其特征在于所述的升降组件包括升降电机、推杆和坩埚托，升降电机固定在支撑底座上，推杆竖直安装在升降电机上，推杆上端从保温桶底部穿入保温桶内，坩埚托为圆环住状，固定在推杆顶部，坩埚底部安装在坩埚托上。
3.如权利要求1所述的坩埚下降法锗单晶生长装置，其特征在于所述的保温桶下部为三层圆环上、下堆叠而成，从上至下，圆环的外径逐渐减小，内径逐渐减小，保温桶下部外壁呈锥形，内壁呈阶梯状。
4.如权利要求1所述的坩埚下降法锗单晶生长装置，其特征在于所述的炉室顶部设置有副室，副室内悬挂有提拉杆，提拉杆靠近坩埚的端部安装有籽晶，提拉杆正下方的保温桶和坩埚顶部上设置有通孔，提拉杆穿过通孔与坩埚内的锗金属接触。
5.如权利要求1所述的坩埚下降法锗单晶生长装置，其特征在于所述的坩埚外壁上设置有热电偶，热电偶为三个，分别设置在坩埚的顶部、中部和底部。
6.如权利要求1所述的坩埚下降法锗单晶生长装置，其特征在于所述的坩埚内部底端设置有籽晶托，用于放置籽晶。
7.如权利要求1所述的坩埚下降法锗单晶生长装置，其特征在于所述的炉室外壁设置有中空的夹层，夹层内通有冷却水。
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2022
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