[實用新型]一種熱場協(xié)調(diào)控制的提拉法晶體生長爐

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420814097.5
• 申請日: 2014-12-18
• 公開（公告）號: CN204342916U
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設計）人: 方海生;王森;蔣志敏;王夢瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: C30B15/20
• 分類號: C30B15/20
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術(shù)領域

本實用新型屬于晶體生長設備領域，更具體地，涉及一種熱場協(xié)調(diào)控制的提拉法晶體生長爐。

背景技術(shù)

提拉法，又稱直拉法、Cz法，是一種目前最流行的塊狀單晶體生長技術(shù)，傳統(tǒng)的提拉法裝置由加熱系統(tǒng)(加熱、控溫和保溫)、氣氛控制系統(tǒng)(真空、氣路、充氣)、傳動系統(tǒng)(提拉、旋轉(zhuǎn))等構(gòu)成。該方法的優(yōu)勢在于可測試和觀察生長界面、定向籽晶、“縮頸”技術(shù)、“收尾“技術(shù)、可旋轉(zhuǎn)坩堝和晶體，因而控制方便，能獲得較快的生長速率和很高的產(chǎn)品性能均勻性，成品率遠大于其它晶體生長方式。該方法的劣勢在于坩堝的污染、流動導致系統(tǒng)的非穩(wěn)定性等，除此之外，生長界面附近較大的溫度梯度保證了高生長率的同時，導致了生長界面和晶體內(nèi)部很高的熱應力，與熱應力相關(guān)的缺陷較大，如采用提拉法生長的藍寶石由于位錯密度太高，無法用作GaN基LED中GaN襯底的制備。

由于提拉法的重要性，目前已申請的專利較多。中國專利申請2009101168954公開了一種Cz直拉法單晶爐，使直拉法單晶爐的最大取棒行程明顯增加。中國專利申請201310745105.5公開了一種提高直拉法單晶生長速度的單晶爐，通過導流筒內(nèi)的冷卻裝置，強化生長界面附近的晶體冷卻效果，增大晶體的縱向溫度梯度，從而大幅提高晶體的生長速度。然而，這些實用新型并不能克服提拉法固有的缺陷，使設備局限于某種特殊材料的制備，缺乏通用性。

實用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本實用新型提出一種多參數(shù)協(xié)調(diào)熱場控制的新型提拉法晶體生長爐，不僅能有效提高提拉法系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和可重復性，從而提高高質(zhì)量單晶的生產(chǎn)率，節(jié)約生長成本，也可以提高其通用性，適用于各種不同溫度梯度生長條件的晶體制備。

為實現(xiàn)上述目的，按照本實用新型的一個方面，提供了一種熱場協(xié)調(diào)控制的提拉法晶體生長爐，包括絕熱外殼及設置在絕熱外殼內(nèi)的生長室，生長室設置有坩堝，絕熱外殼的外部設置有用于對坩堝進行加熱的主電磁感應線圈，主電磁感應線圈與絕熱外殼的外壁之間存在間距，所述主電磁感應線圈的下方設置有副電磁感應線圈，主電磁感應線圈和副電磁感應線圈之間存在間距，有多根底部進氣管和多根中部進氣管伸入絕熱外殼內(nèi)，絕熱外殼的頂部設置有氣流出口，所述氣流出口作為籽晶桿的移動通道，所述絕熱外殼內(nèi)設置有用于削弱輻射傳熱的可伸縮遮熱板和用于調(diào)整生長室局部溫度的頂部輔助電阻加熱器，所述可伸縮遮熱板能調(diào)整伸入生長室的長度，可伸縮遮熱板和頂部輔助電阻加熱器均位于坩堝的上方。

優(yōu)選地，所述絕熱外殼包括底座及放置在底座上的外絕熱層，外絕熱層上承接有頂蓋，外絕熱層的內(nèi)腔套裝有頂部絕熱層，頂蓋位于頂部絕熱層的上方，所述氣流出口包括設置在頂蓋上的上出口和設置在頂部絕熱層上的下出口。

優(yōu)選地，所述絕熱外殼內(nèi)設置有能上下移動的可移動絕熱層，所述可移動絕熱層兩端開口呈筒形并圍住坩堝，可移動絕熱層位于底部進氣管和中部進氣管之間。

優(yōu)選地，所述絕熱外殼內(nèi)設置有內(nèi)絕熱層，所述絕熱外殼內(nèi)設置有內(nèi)絕熱層，內(nèi)絕熱層與頂部絕熱層、底座圍成所述的生長室；所述內(nèi)絕熱層包括上部絕熱層和下部絕熱層，所述可伸縮遮熱板置于上部絕熱層和下部絕熱層之間，所述上部絕熱層的頂端和下部絕熱層的底端分別與頂部絕熱層和底座固定連接，所述可移動絕熱層圍住下部絕熱層，所述中部進氣管?和底部進氣管均穿過下部絕熱層。

優(yōu)選地，所述頂部輔助電阻加熱器呈筒形，其開口朝下，頂部設置有便于籽晶桿穿過的通孔，其對稱軸與絕熱外殼的軸線重合且安裝在頂部絕熱層與可伸縮遮熱板之間。

優(yōu)選地，所述絕熱外殼內(nèi)設置有底部絕熱層及安裝在底部絕熱層上的可旋轉(zhuǎn)支座，所述坩堝設置在可旋轉(zhuǎn)支座上。

優(yōu)選地，所述多根底部進氣管沿絕熱外殼的周向均勻分布，其個數(shù)為偶數(shù)。

優(yōu)選地，所述多根中部進氣管沿絕熱外殼的周向均勻分布，其個數(shù)與底部進氣管相同，并且每根中部進氣管與設置在其正下方的一根底部進氣管成對平行排列。

優(yōu)選地，所述可伸縮遮熱板由三個弧形塊組成，每個弧形塊的弧度為120°，每個弧形塊均能沿絕熱外殼的徑向移動從而相互分開或靠攏，弧形塊相互靠攏接觸后能形成環(huán)形盤。

優(yōu)選地，所述主電磁感應線圈的圈數(shù)為7～9圈，副電磁感應線圈的圈數(shù)為3～5圈，所述主電磁感應線圈其可沿絕熱外殼的軸向上下移動，其移動行程為3～5cm。

總體而言，通過本實用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

1)本實用新型通過多參數(shù)協(xié)調(diào)控溫，可以在化料期提高坩堝內(nèi)部溫度，縮短化料時間；