CN2313933Y - 一种石英坩埚 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种石英坩埚,在清洁处理后的石英坩埚内壁上沉积一层碳膜。防止了试料与石英坩埚内壁的粘连,使长成的晶体外形光滑完整。晶体易于从坩埚中倒出,石英坩埚可重复使用。碳膜隔离了试料与石英壁直接接触,防止了试料被污染和石英坩埚在高温下的变性。

Description

一种石英坩埚

本实用新型属于晶体生长领域，涉及单晶或具有一定结构的均匀多晶材料之生长、制备或后处理专用的一般装置，特别是一种内壁涂碳的石英坩埚。

化合物半导体如碲化铅(PbTe)、碲化镉(CdTe)等晶体，在晶体生长中常采用石英坩埚，其优点是熔点高，易于清洗。缺点是有时它会受其中试料(如碱性物质Al等)侵蚀，造成高温下熔体试料渗透石英管壁。

如生长Ⅳ-Ⅵ族化合物PbTe时，原材料Pb、Te的氧化是难以避免的，其氧化物如PbO、PbO₂、Pb₃O₄、TeO₃、TeO₂、TeO等在高温下与石英反应生成其硅酸盐类的物质，它们的热膨胀系数与石英不同，又容易同PbTe粘在一起，使材料不易从石英坩埚中倒出，在长晶过程中如有温度变化不当，热应力将引起石英坩埚开裂，造成经济损失和环境污染，这些有毒的物质易影响工作人员的身心健康。

再如在生长CdTe、ZnS时，由于生长温度较高(大于1000℃)，常发生石英坩埚外壁发毛或变得不透明，这种变性现象带来许多不利，并使昂贵的坩埚不能重复使用。

在高温条件下石英坩埚内杂质及加热器等材料的杂质还会渗透石英管壁影响坩埚内试料的纯度，影响到晶体的质量。

如上所述，十分需要提供一种改进的石英坩埚技术。

本实用新型的目的在于提供一种用于如碲化物化合物半导体晶体生长所用的防止试料与坩埚粘连及沾污的涂碳石英坩埚。

本实用新型的目的通过如下形式达到：在石英坩埚的放置长晶材料的部位的内壁，涂有一层碳膜。

涂碳的具体工艺是将清洁处理后的石英坩埚在高温炉中采用高纯度的丙酮高温热解在坩埚内壁上沉积一层碳膜。

本实用新型的附图说明如下：

图1为本实用新型体部锥形涂碳石英坩埚结构示意图。

图2为本实用新型尖底涂碳石英坩埚的结构示意图。

图3为本实用新型限颈式涂碳石英坩埚的结构示意图。

图4为本实用新型带有导热柱的涂碳石英坩埚的结构示意图。

图5为本实用新型复壁式涂碳石英坩埚的结构示意图。

图6为本实用新型带有石墨柱的复壁式涂碳石英坩埚的结构示意图。

图7为本实用新型复壁式涂碳石英坩埚抽真空割封后的结构示意图。

图8为本实用新型带有石墨柱的复壁式涂碳石英坩埚抽真空割封后的结构示意图。

本实用新型设计人推荐如下一些实施例。

参见图1，涂碳石英坩埚一般为直管形，石英坩埚1内壁含有涂碳部分2，但其锥形涂碳石英坩埚，使晶体更能保持光滑完整以外，且易于倒出，坩埚还能重复使用。其坩埚上、下的内径分别为φ₁和φ₂,φ₂＞φ₁，二内径间距为L，由于锥度很小，其体部锥度为 $\mathrm{\α}=\frac{{\mathrm{\Φ}}_2-{\mathrm{\Φ}}_1}{L},$ 体部锥度在0.01至0.10范围内较合适。其最佳实施例体部锥度为0.04,φ₁=20mm。图中L′为石英坩埚内壁涂有碳膜的长度。

参见图2和图5，涂碳石英坩埚的底部一般为平底和尖底，其底部锥角为180°～30°，使用时，有时在坩埚口加有石英泡塞3。

参见图3，限颈式涂碳石英坩埚，其特征在于坩埚近底部含有口径收缩的颈部4。这种坩埚有利于单晶率的提高。

参见图4和图6，带散热柱的涂碳石英坩埚，在其底部烧接有一段石英棒5，或包括一段石墨柱7，主要作用是有利于轴向热流的引导，在晶体生长过程中，导热柱一端处于远低于坩埚底部位置的温场中，由于散热柱的作用，使坩埚底部位置晶体中的热量快速流向低温区，起到轴向引导热流的目的。

参见图5至图8，为真空复壁式坩埚，其内管内壁涂碳膜，又增加了外套管6，二管底部连结一体，在配料时，将材料装入内管后，内管再加一只石英泡塞3后接到抽真空系统上排气。当达到高真空时，用氢氧焰将其割封，这时内、外管之间夹层保持高真空，这种具有真空夹层的坩埚在长晶时具有径向限热、轴向热流为主的作用，当长晶时温度波动时，由于真空壁的遮热作用，材料体系感受的温场变化被大大延迟和减弱，即具有屏蔽热场波动的能力。

本实用新型的涂碳石英坩埚，试用于PbTe、PbSnTe等Ⅳ-Ⅵ族化合物晶体及CdTe、CdZnTe、CdSeTe和HgCdTe等Ⅳ-Ⅵ族化合物晶体生长，避免了粘连和裂管，晶体完整光滑，石英坩埚可重复使用，晶体纯度提高，晶体易于从坩埚中倒出，晶体所受的应力和缺陷、位错也得到改善，未发现坩埚发毛或不透明现象。

由于石英坩埚内壁涂有碳膜，本实用新型具有如下有益效果：

1．碳膜可防止试料与石英坩埚内壁粘连，长晶结束后能保持晶体完整光滑的外形。

2．碳膜使晶体易倒出，石英坩埚可重复使用。

3．碳膜隔离了试料与石英壁直接接触，防止了杂质污染及坩埚材料和加热材料在高温下对试样的渗透，碳膜还起到一定的吸杂作用。

4．防止石英坩埚在高温下的变性，如变成不透明、发毛、发生鱼鳞状片层脱落。

5．防止某些试料对石英坩埚内壁的浸蚀。

Claims (6)

1．一种石英坩埚，其特征在于在石英坩埚(1)的内壁，涂有一薄层碳膜(2)。

2．如权利要求1所述的石英坩埚，其特征在于石英坩埚为锥管形，在坩埚开口处内径稍大，底部内径稍小，其体部锥度在0.01至0.10范围内。

3．如权利要求1或2所述的石英坩埚，其特征在于坩埚底部为尖底或平底。

4．如权利要求1或2所述的石英坩埚，其特征在于坩埚近底部含有口径收缩的颈部(4)。

5．如权利要求1或2所述的石英坩埚，其特征在于坩埚底部外接有一段作为导热柱的石英棒(5)或石墨柱(7)。

6．如权利要求1或2所述的石英坩埚，其特征在于所说的内壁涂碳的石英坩埚外围增设有石英外套管(6)，二管底部连结一体。

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