[發(fā)明專利]一種大尺寸高熔點(diǎn)晶體生長(zhǎng)的加熱裝置及其制作方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810064984.4
• 申請(qǐng)日: 2008-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN101323984A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓杰才;張明福;杜善義;左洪波;孟松鶴;汪桂根;許承海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B35/00
• 分類號(hào): C30B35/00;C30B15/14;F27D11/02;F27B14/14;B22D27/04
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務(wù)所有限責(zé)任公司
• 代理人: 劉婭

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于大尺寸高熔點(diǎn)晶體生長(zhǎng)的發(fā)熱裝置，具體為采用小鎢棒、長(zhǎng)鎢帶和細(xì)鎢絲編制而成的鎢制密集排布圓筐鳥籠式結(jié)構(gòu)的電阻加熱裝置。

(二)背景技術(shù)

如何制備大尺寸、高質(zhì)量的晶體是目前晶體生長(zhǎng)技術(shù)研究和應(yīng)用領(lǐng)域重要的發(fā)展趨勢(shì)。生長(zhǎng)高質(zhì)量晶體的一個(gè)很重要條件就是要有一個(gè)合適的溫度場(chǎng)。生長(zhǎng)系統(tǒng)中的溫度分布或者晶體中、熔體中以及固-液界面上的溫度梯度對(duì)晶體的質(zhì)量有決定性的影響。對(duì)于大尺寸高熔點(diǎn)晶體生長(zhǎng)而言，需要外加一定的徑向和軸向的溫度梯度，同時(shí)生長(zhǎng)各個(gè)階段的溫場(chǎng)要求差異較大，一般在軸向上存在三個(gè)溫區(qū)(低溫區(qū)、梯度區(qū)和高溫區(qū))。此外，生長(zhǎng)任何晶體都要求有一個(gè)徑向?qū)ΨQ分布的熱環(huán)境?？傊粋€(gè)優(yōu)化的生長(zhǎng)系統(tǒng)要求溫場(chǎng)具有較靈活的可調(diào)節(jié)性，以滿足大晶體在不同生長(zhǎng)階段下的生長(zhǎng)需要。

晶體生長(zhǎng)過程中溫度場(chǎng)的分布主要由保溫層的構(gòu)造、坩堝在發(fā)熱體中的位置以及冷卻介質(zhì)的流量等因素決定。其中改變保溫層的設(shè)置雖然可以達(dá)到較為理想的調(diào)節(jié)效果，但其實(shí)現(xiàn)周期較長(zhǎng)，且需要耗費(fèi)大量的人力和物力。晶體生長(zhǎng)通常采用的加熱方式有射頻加熱、電子輻射加熱、電阻加熱、氣體燃燒加熱、激光和電弧等加熱方式。在選擇加熱方式時(shí)，既要考慮所生長(zhǎng)晶體的物理化學(xué)性質(zhì)，又要考慮晶體生長(zhǎng)的方式。

如藍(lán)寶石晶體在生長(zhǎng)過程中爐膛環(huán)境保持高真空，發(fā)熱體釋放的熱量主要以輻射換熱的方式在爐膛內(nèi)部傳遞，因而在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，如將發(fā)熱體編織成適當(dāng)?shù)木幙椥螒B(tài)，則能直接產(chǎn)生一定的溫度梯度，從而為晶體生長(zhǎng)系統(tǒng)提供合理的附加溫度梯度，因而是調(diào)節(jié)溫度分布最為有效的方法。

目前在電阻加熱的提拉法、熱交換法、溫梯法等晶體生長(zhǎng)爐中，多采用簡(jiǎn)單的波浪式回路發(fā)熱體，這種發(fā)熱體自身不產(chǎn)生溫度梯度；在多發(fā)熱體提拉法、布里奇曼法和雙加熱溫梯法中，雖然可以通過多個(gè)分立的發(fā)熱體來產(chǎn)生溫度梯度，但它大大增加了設(shè)備的成本和控制的難度，也影響溫度的穩(wěn)定性。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)現(xiàn)有發(fā)熱體的設(shè)計(jì)，用于大尺寸高熔點(diǎn)晶體生長(zhǎng)的多溫區(qū)發(fā)熱體及其制作方法，使溫場(chǎng)的建立更經(jīng)濟(jì)、快捷，并且增加溫場(chǎng)調(diào)節(jié)的靈活性，即對(duì)發(fā)熱體進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)整就可以適用于不同種類晶體生長(zhǎng)的大尺寸高熔點(diǎn)晶體生長(zhǎng)的加熱裝置。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：它是鎢制密集排布圓筐鳥籠式加熱結(jié)構(gòu)，包括若干組彎曲小鎢棒，通過長(zhǎng)鎢帶將所有小鎢棒相互連接在一起形成一串聯(lián)電路，同一組間由若干根鎢棒等間距排列組成，并且相同組會(huì)對(duì)稱性分布在圍成的圓筐上，不同組間鎢棒設(shè)置有高低層次，異面相互交錯(cuò)分布。

本發(fā)明還有這樣一些技術(shù)特征：

1、所述的每組小鎢棒均在底部過渡處彎曲，形成“U”型，并且在每組小鎢棒中靠近圓筐外部的兩列小鎢棒在底部水平端設(shè)置有小波浪結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于大尺寸、高熔點(diǎn)晶體生長(zhǎng)的多溫區(qū)發(fā)熱體的加熱裝置制作方法，該方法通過只選用同一發(fā)熱元件，僅通過改變加熱體的編制形態(tài)，而形成一串連的在不同區(qū)域有不同發(fā)熱量的加熱電路，為一種獨(dú)特的鎢制密集排布圓筐鳥籠式加熱結(jié)構(gòu)，選用高熔點(diǎn)的難熔金屬鎢材料，并將其制備成大量的彎曲小鎢棒，鎢棒的數(shù)量、彎曲的程度及相互間的排列方式視所需的溫場(chǎng)而定，再采用鉚接或其它方式通過幾組長(zhǎng)鎢帶將所有小鎢棒相互連接在一起，形成一串聯(lián)電路。將彎曲鎢棒分為多組類型，同一組間由若干根鎢棒等間距排列組成，并且相同組會(huì)對(duì)稱性分布在圍成的圓筐上，不同組間鎢棒高低層次分明，異面相互交錯(cuò)分布，從而有利于獲得穩(wěn)定而又均勻的溫場(chǎng)分布。每組小鎢棒均在底部過渡處彎曲，形成“U”型，并且在每組小鎢棒中靠近圓筐外部的兩列小鎢棒在底部水平端會(huì)出現(xiàn)小波浪結(jié)構(gòu)，以增加此區(qū)域鎢棒的實(shí)際長(zhǎng)度，在最底部的兩列鎢棒波浪結(jié)構(gòu)更明顯。這樣加熱體在實(shí)際工作時(shí)，從側(cè)壁和底部給爐膛供熱，以利于獲得中央低兩側(cè)高、上低下高的溫場(chǎng)分布。

為克服現(xiàn)有技術(shù)中溫度場(chǎng)不均勻，加熱效率低，不宜控制加熱速度和溫度場(chǎng)精度，難以滿足大尺寸晶體生長(zhǎng)系統(tǒng)要求等相關(guān)問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的鎢制密集排布圓筐鳥籠式加熱結(jié)構(gòu)，電流在不同區(qū)域通過不同長(zhǎng)度的電阻絲，有利于獲得上低下高、中央低兩側(cè)高型的溫場(chǎng)分布，并且能夠很好保證生長(zhǎng)過程中的小溫度梯度要求。

本發(fā)明的特點(diǎn)有：

1、考慮諸如藍(lán)寶石等晶體的熔點(diǎn)高達(dá)2000℃以上，這里選用高熔點(diǎn)的難熔金屬鎢作為加熱體材料，并將其彎制成大量的彎曲小鎢棒，其中鎢棒的數(shù)量、彎曲的程度及相互間的排列方式視所需的溫場(chǎng)而定。