[發明專利]一種用于晶體生長的垂直管式爐設備及其使用方法

無效

• 申請號: 201410510474.0
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104313680A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 袁澤銳;康彬;鄧建國;唐明靜;張羽;竇云巍;方攀
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院化工材料研究所;四川省新材料研究中心
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 伍孝慈

技術領域

本發明涉及一種晶體生長技術，具體涉及一種用于晶體生長的垂直管式爐設備及其使用方法。?

背景技術

利用布里奇曼法(Bridgman)進行晶體生長是近年來人們在探索新型半導體晶體材料生長方法初期所廣泛采用的方法。該方法主要有以下優點：一是利用該方法進行晶體生長可無需籽晶的引導，而是根據晶體生長的幾何淘汰機制自行淘汰出具有生長優勢的籽晶，這在實驗初期缺少籽晶的情況下顯得尤為重要；二是該方法工藝簡單，比較容易控制，對生長爐的要求也不是很高，通常情況下，自行設計的管式電阻爐只需滿足晶體生長所需的溫場要求，就可以用于布里奇曼法晶體生長，且在晶體生長過程中，只需控制好安瓿或溫場移動的速率；三是該方法采用的封閉安瓿系統，使晶體生長不容易受到外界環境的污染，有利于高品質晶體的生長；四是通用性強。因此，通過對該方法的適當改進，可大大拓展該方法的適用范圍，改善晶體質量。?

目前，人們通過對傳統布里奇曼生長法進行改進，形成了一系列形式各樣的生長方法。其中較典型的有垂直坩堝下降法(VB)，水平坩堝移動法(HB)，垂直溫度梯度冷凝法(VGF)和水平溫度梯度冷凝法(HGF)。垂直坩堝下降法(VB法)是先將多晶料裝在一個下端帶有籽晶袋的封閉安瓿中，生長前安瓿及其內部的多晶料處于高溫區，多晶料在高溫下熔融，然后使熔體隨安瓿一起從高溫區經過梯度區下降到低溫區，在下降的過程中，熔體從底部籽晶袋開始結晶并逐漸往上生長，待固液界面穿過整個熔體之后，開始降溫，晶體生長結束。水平坩堝移動法(HB)跟垂直坩堝下降法(VB)一樣，都是將坩堝移動使熔體?從高溫區依次通過梯度區進行晶體生長，但不同的是該方法的坩堝是采用水平方法移動，生長爐的溫場設置也采用水平的方式。另外在VB和HB兩種方法中還衍射出了另外一種方法，那就是安瓿不動，通過移動爐子的方法來達到同樣的目的，其生長機理與VB和HB一樣。VGF和HGF是固定安瓿和爐子不動，采用各溫區逐次降溫的方式進行生長，該方法的優點是安瓿和生長爐固定不懂，避免機械運動帶來的干擾，但是這兩種方法需要具備多溫區單獨控溫的生長爐，對生長爐和降溫工藝的要求比較高。?

但是，各個生長方法對提純的效果尤其是雜質含量較多時的效果卻不一樣。VB和VGF都是自下向上生長，其生長方向與重力方向相反，因此對一些密度小于熔體密度的雜質比較容易排出。對一些密度大于熔體密度的雜質雖然也有一定的排出功效，但如果這類雜質濃度過高或是在生長過程中逐漸聚集形成一些第二相沉淀物，則很難被排出，從而在晶體內部形成生長條紋或包裹體，嚴重影響晶體的質量。HB和HGF則對密度大于熔體和小于熔體的雜質都有較好的排出效果，但在雜質密度較大的情況下，仍然難以達到理想的效果，使得所生長晶體尾部的質量都比較差。?

發明內容

[要解決的技術問題]?

本發明的目的是為了能夠更好地排出組分中的高密度雜質，提供了一種用于晶體生長的垂直管式爐設備及其使用方法，解決了傳統方法進行晶體生長時對高密度雜質排出不徹底的問題。該方法大大拓寬了垂直布里奇曼法生長晶體的適用范圍，為高品質晶體的生長提供新的解決方案。?

[技術方案]?

為了達到上述的技術效果，本發明采取以下技術方案：?

為了能夠更好地排出組分中的高密度雜質，本發明設計了一種至上而下的生長方法，即生長方向與重力方向一致。這樣即使存在雜質的聚集和沉淀，由于受重力向下的作用，也不需要很大的驅動力就能夠將雜質排出晶體之外。本發明采用一種啞鈴式的生長安瓿設計方法，用以解決傳統生長安瓿，由于籽晶袋處于安瓿的上端，難以使熔體填滿籽晶袋進行淘汰成核的問題。?

一種用于晶體生長的垂直管式爐設備，它包括套管、提拉裝置和生長安瓿，所述套管內壁覆蓋一層爐內保溫層，所述爐內保溫層內嵌入加熱元，并且加熱元靠近爐內保溫層內壁，所述加熱元形成一層加熱元件；所述生長安瓿與提拉裝置通過牽引線連接，生長安瓿在提拉裝置的牽引下在套管內上下運動，其特征在于所述生長安瓿由掛鉤、上放肩區、下放肩區、安瓿的上半區、安瓿的下半區和籽晶袋組成，所述的掛鉤置于安瓿的上半區頂部并連接牽引線使生長安瓿與提拉裝置連接；所述的籽晶袋在安瓿的上半區和安瓿的下半區之間，并通過上放肩區與安瓿的上半區連接，通過下放肩區與安瓿的下半區連接；所述安瓿的上半區柱內徑和安瓿的下半區柱內徑相同，且大于籽晶袋的柱內徑；整個生長安瓿形似啞鈴；所述加熱元件使生長爐內從上至下分為低溫區，梯度區和高溫區三個溫。?

根據本發明的一個優選實施方式，所述的加熱元為靜止的加熱元。?