[發明專利]一種微向下提拉晶體生長爐

有效

• 申請號: 201510029789.8
• 申請日: 2015-01-21
• 公開（公告）號: CN104611764B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 方海生;蔣志敏;劉勝;王夢瑩;張舟
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 梁鵬

技術領域

本發明屬于晶體生長領域，更具體地，涉及一種微向下提拉晶體生長爐。

背景技術

微向下提拉法，即Micro pulling down方法，是一種目前流行的小尺寸晶體，如光纖單晶等的制備技術，由于其結構簡單、原材料耗量極低、易于操作等優點，在新晶體材料研發中應用廣泛。原材料在小坩堝內熔化，熔液在重力和表面張力等共同作用下，在坩堝底部形成一個薄層。籽晶桿頂部安裝籽晶，與該薄層接觸通過引晶等技術，往下可提拉出直徑小于1mm的圓柱形晶體。但是，由于熔液層極薄，表面張力變化導致的流動往往在晶體生長過程中起主導作用，而表面張力變化受到非均勻、非穩定的溫度場的影響非常顯著，常導致引晶失敗，或使晶體生長難以達到穩定的狀態。

目前，國內的微向下提拉法生長晶體的技術發展較為緩慢，對于微向下提拉法的缺陷也沒有進行深入研究，導致微向下提拉法生長晶體的成品率未見明顯提高。

微向下提拉晶體生長爐的籽晶桿設置在坩堝的下方，是將坩堝內的原料熔融后，使籽晶桿通過坩堝底部的小孔(或導模)與熔融液接觸，通過生長界面的溫度梯度，向下提拉生長的晶體。受熔融液的重力影響，為了使生長界面處(即，坩堝底部的小孔或導模位置處)保持穩定，坩堝底部的小孔(或導模)的直徑往往較小，一般僅為1mm左右。受小孔(或導模)尺寸的制約，生長得到晶體的直徑也往往較小，由于晶體的直徑小，溫度場稍小的波動就會對晶體生長造成嚴重干擾，造成晶體生長的成品率不高。為了降低觀察窗口對溫度場的影響，往往是采用減小觀察窗口孔徑的方式，但另一方面，過小的觀察窗口，也會影響觀察的效果，無法清楚的觀察到晶體生長的情況。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種微向下提拉晶體生長爐，其中通過對其關鍵組件的結構及其設置方式、材料以及內部構造等進行改進，與現有技術相比能夠有效解決現有微向下提拉法晶體生長爐溫場控制不均勻、無法精確調節晶體生長界面位置處的溫度梯度的問題，并且該晶體生長爐設置有觀察窗口，能夠隨時觀察到實時晶體生長的情況，達到及時調整晶體生長參數、控制晶體生長、提高晶體成品率的技術效果。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種微向下提拉晶體生長爐，其特征在于，包括自上而下設置的上部絕熱層和底部絕熱層，其中：

所述上部絕熱層由內到外依次包括內層絕熱層和中間絕熱層；

所述內層絕熱層呈圓筒形，其內部設置有坩堝；

所述中間絕熱層包括中間絕熱壁和中間絕熱蓋，所述中間絕熱壁為兩端開口的圓筒形，所述中間絕熱蓋位于該圓筒形的頂部；

所述內層絕熱層和中間絕熱壁均設置在所述底部絕熱層的頂表面上方，所述內層絕熱層和中間絕熱壁的中心軸線均垂直于所述底部絕熱層的頂表面；

所述底部絕熱層的中心設置有籽晶桿，所述籽晶桿的軸向方向垂直于所述底部絕熱層的頂表面；所述底部絕熱層內還設置有觀察孔，所述觀察孔呈管狀，其中心軸線與所述底部絕熱層頂表面的法線的夾角為45°～60°。

作為本發明的進一步優選，所述內層絕熱層、中間絕熱層和底部絕熱層均由質量比為1:9的氧化鋯和氧化鋁壓制煅燒而成。

作為本發明的進一步優選，所述微向下提拉晶體生長爐還設置有外層絕熱層，該外層絕熱層包括外層絕熱壁和外層絕熱蓋；所述外層絕熱壁為圓筒形，包圍所述中間絕熱壁，并且其中心軸線垂直于所述底部絕熱層頂表面所在平面；所述外層絕熱蓋位于所述外層絕熱壁的上方，并且呈平板狀，其所在平面的法線方向垂直于所述底部絕熱層頂表面。

作為本發明的進一步優選，在所述底部絕熱層與所述上部絕熱層之間，還設置有底部絕熱支撐，所述底部絕熱支撐采用以下材料中的至少一種：鎢、鉬。

作為本發明的進一步優選，所述外層絕熱壁還包圍所述底部絕熱層，并且在所述外層絕熱壁與底部絕熱層之間還設置有石英圓管。

作為本發明的進一步優選，在所述底部絕熱層內還設置有多個水冷管道，所述多個水冷管道相互呈同心圓設置。

通過本發明所構思的以上技術方案，與現有技術相比，具有以下有益效果：

1.設置有傾斜的觀察窗口(即，觀察孔)，能夠及時觀察晶體生長界面的晶體生長狀況；并且，該觀察窗口對晶體生長爐的溫度場影響小，即,相比于水平觀察孔,通過傾斜設置的觀察孔向外輻射的熱能大量減少，從而有助于內部溫度場的穩定，能夠進一步提高晶體生長的成品率。