[實(shí)用新型]一種準(zhǔn)晶單晶生長(zhǎng)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201120410459.0
• 申請(qǐng)日: 2011-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN202272986U
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊振軍;鄭志遠(yuǎn);張自力
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)北京
• 主分類(lèi)號(hào): C30B15/00
• 分類(lèi)號(hào): C30B15/00
• 代理公司: 北京中創(chuàng)陽(yáng)光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11003
• 代理人: 尹振啟

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種用于生長(zhǎng)準(zhǔn)晶單晶的裝置。

背景技術(shù)

1984年11月，美國(guó)馬里蘭州國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的以色列科學(xué)家D.Shechtman等人在急冷Al-14at.%Mn合金的電子衍射圖譜中，發(fā)現(xiàn)了具有五次對(duì)稱(chēng)的斑點(diǎn)分布，Shechtman在Al-Mn合金中發(fā)現(xiàn)的新的結(jié)構(gòu)即是準(zhǔn)晶體。

今天已知的準(zhǔn)晶有幾百種，其中穩(wěn)定準(zhǔn)晶有幾十種，在不斷的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)于穩(wěn)定準(zhǔn)晶的制備也總結(jié)出了不少方法。人們發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)普通晶體的許多方法可以借用來(lái)生長(zhǎng)準(zhǔn)晶，比如，熔體生長(zhǎng)法、提拉法、尖端形核法和浮區(qū)法等。晶體生長(zhǎng)的方法制備準(zhǔn)晶能實(shí)現(xiàn)，是因?yàn)榉€(wěn)定的準(zhǔn)晶相具有與其它的熱力學(xué)穩(wěn)定的晶體相一樣的行為。

尖端形核法是一種單晶生長(zhǎng)的經(jīng)典方法。合適成分的熔體放入豎直爐子中，爐子事先設(shè)定好溫度梯度。在溫度梯度下緩慢的移動(dòng)熔體，盛有熔體的坩堝離開(kāi)爐子的高溫區(qū)，坩堝的最下部往下移動(dòng)，晶體最先在坩堝底部凝固。

籽晶提拉法是另外一種大家熟知的晶體生長(zhǎng)方法，這種方法廣泛用來(lái)生長(zhǎng)高質(zhì)量的半導(dǎo)體材料。這種方法要求高質(zhì)量的籽晶浸入到合適成分的熔體中。在生長(zhǎng)的過(guò)程中選擇合適的溫度而使得在液固界面形成半圓形的熔區(qū)。隨著籽晶的旋轉(zhuǎn)上升單晶就穩(wěn)定的從熔體中生長(zhǎng)出來(lái)。

浮區(qū)法也是近幾年出現(xiàn)的晶體生長(zhǎng)方法之一。這種方法利用鹵燈將多晶的料棒加熱，熔體在料棒下部的籽晶上結(jié)晶生長(zhǎng)。

熔體生長(zhǎng)法是將合適成分的熔體放入坩堝中按照設(shè)定的程序慢冷結(jié)晶的方法。盛有熔體的坩堝放在爐子里，爐子在精確的程序控制下產(chǎn)生一個(gè)小的溫度梯度。在合金的熔化溫度以上，材料首先經(jīng)歷一個(gè)成分的均勻化過(guò)程，晶體在慢冷的過(guò)程中形核和長(zhǎng)大。對(duì)于這種技術(shù)，為了獲得大的單晶，應(yīng)在冷卻的過(guò)程中控制形核率，所以小的溫度梯度是必須的。另一個(gè)需要考慮的問(wèn)題是避免在長(zhǎng)時(shí)間的加熱過(guò)程中對(duì)于高蒸汽壓組元合金熔體的蒸發(fā)。為了減少降溫過(guò)程中形核的發(fā)生，應(yīng)減小形核處的體積，如錐狀的坩堝就是不錯(cuò)的方案。同其它幾種單晶生長(zhǎng)方法相比較熔體生長(zhǎng)法需要的設(shè)備比較簡(jiǎn)單，比如晶體提拉法需要提升裝置，浮區(qū)法需要光學(xué)加熱系統(tǒng)以及樣品和加熱源的運(yùn)動(dòng)裝置等，熔體法只需要能升到所需溫度的箱式電阻爐（馬弗爐）就可以了；而且熔體生長(zhǎng)法生長(zhǎng)的單晶是在相平衡狀態(tài)下自然結(jié)晶的，所以晶體的質(zhì)量要更好一些,但是這種方法也有形核率較多，且難以控制形核位置等缺點(diǎn)，所以去除包覆在單晶體的多余液體有助于獲取大的單晶體。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠去除包覆在單晶體的多余液體有助于獲取大的單晶體的單晶生長(zhǎng)裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的用于生長(zhǎng)準(zhǔn)晶單晶的裝置，包括加熱爐、耐火支撐臺(tái)、葉臘石樣品臺(tái)和石英管，耐火支撐臺(tái)設(shè)置在加熱爐中，葉臘石樣品臺(tái)通過(guò)轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)架設(shè)在耐火支撐臺(tái)上，并且轉(zhuǎn)軸一端穿出加熱爐；石英管豎直固定安裝在葉臘石樣品臺(tái)上，其中封裝有對(duì)接設(shè)置的上、下兩個(gè)坩堝，合金錠放置在下面的坩堝中，上面的坩堝中設(shè)置有石英棉。

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)軸與所述加熱爐之間的縫隙中設(shè)置有石英棉。

本實(shí)用新型用于生長(zhǎng)準(zhǔn)晶單晶的裝置在達(dá)到約1000℃準(zhǔn)晶單晶生長(zhǎng)完畢時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸控制葉臘石樣品臺(tái)上的石英管翻轉(zhuǎn)，使多余的未結(jié)晶的合金液體落入放有石英棉的坩堝中，未結(jié)晶合金液體會(huì)滲入到坩堝底部，生長(zhǎng)完畢的準(zhǔn)晶單晶會(huì)被石英棉支撐，在高溫狀態(tài)下就可以將準(zhǔn)晶單晶與未結(jié)晶合金液體分離開(kāi)，避免在冷卻后難以將包覆在單晶體的多余液體去除的問(wèn)題，有助于獲取大的單晶體。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的準(zhǔn)晶單晶生長(zhǎng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型去除加熱爐后裝置的俯視圖；

圖3為本實(shí)用新型的準(zhǔn)晶單晶生長(zhǎng)裝置中石英管的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1和2所示，本實(shí)用新型的用于生長(zhǎng)準(zhǔn)晶單晶的裝置，包括加熱爐1、耐火支撐臺(tái)2、葉臘石樣品臺(tái)3和石英管4，耐火支撐臺(tái)2設(shè)置在加熱爐中1，其兩側(cè)壁設(shè)置有兩個(gè)對(duì)應(yīng)的通孔，葉臘石樣品臺(tái)固定安裝在轉(zhuǎn)軸23上并隨轉(zhuǎn)軸23可轉(zhuǎn)動(dòng)架設(shè)在耐火支撐臺(tái)2上的兩通孔中，加熱爐1一側(cè)爐壁上鉆出一個(gè)直徑略大于轉(zhuǎn)軸23直徑的通孔，使得整個(gè)裝置放入加熱爐1里面時(shí)，轉(zhuǎn)軸23一端能在加熱爐壁上露出約3cm，用于扳動(dòng)轉(zhuǎn)軸23旋轉(zhuǎn)。為了防止?fàn)t壁的孔散溫，在轉(zhuǎn)軸23與爐壁孔的縫隙中塞入石英棉11。石英管4豎直安裝在葉臘石樣品臺(tái)3上，并且通過(guò)兩個(gè)鎖緊螺釘31、32固定。