[發(fā)明專利]一種直拉大尺寸無位錯(cuò)鍺單晶新型縮頸工藝

有效

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• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN112342613B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宇;馮德伸;李燕;雷同光;王博
• 申請（專利權(quán)）人: 中國有研科技集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): C30B15/22
• 分類號(hào): C30B15/22;C30B29/08
• 代理公司: 北京北新智誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青

本發(fā)明公開了一種直拉大尺寸無位錯(cuò)鍺單晶新型縮頸工藝，包括以下步驟：(1)通過常規(guī)縮頸工藝將細(xì)頸的尺寸控制在3?5mm，長度150?300mm；(2)將細(xì)頸放粗到Φ15±2mm，等徑拉制一段長度，直到細(xì)頸部位到達(dá)600℃以下的熱場區(qū)域，然后再放肩到單晶所需的直徑。本發(fā)明的工藝用于在小梯度熱場下，能夠在拉制大尺寸無位錯(cuò)鍺單晶時(shí)，減少細(xì)頸因受單晶重力因素導(dǎo)致塑性形變而產(chǎn)生位錯(cuò)，避免這些位錯(cuò)延伸到單晶。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種直拉大尺寸無位錯(cuò)鍺單晶新型縮頸工藝，屬于直拉法生長無位錯(cuò)單晶技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無位錯(cuò)鍺單晶是空間砷化鎵三結(jié)太陽能電池的關(guān)鍵襯底材料，目前獲得無位錯(cuò)鍺單晶的最主要方法為直拉法。直拉法又稱為切克勞斯基法，它是1918年由切克勞斯基(Czochralski)建立起來的一種晶體生長方法，簡稱CZ法。直拉法生長無位錯(cuò)鍺單晶較其他方法具有更高的生長效率、更大的直徑尺寸上限、更直觀的生長過程觀測、更可控的工藝條件，是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)較為理想的單晶生長方式。在直拉法晶體生長時(shí)，當(dāng)籽晶浸入熔體引晶時(shí)，由于熔體的熱沖擊作用，會(huì)導(dǎo)致籽晶熔接部位產(chǎn)生位錯(cuò)。在直拉法生長無位錯(cuò)單晶中通常采用縮頸(Dash)工藝排除引晶位錯(cuò)，細(xì)頸的尺寸控制在3-5mm，長度150-300mm，可確保排除引晶位錯(cuò)。如果細(xì)頸偏粗，如大于10mm，則很難實(shí)現(xiàn)無位錯(cuò)晶核。對于鍺單晶，若采取Φ5mm細(xì)頸，但拉制單晶重量達(dá)到2kg時(shí)，細(xì)頸承受的重力就達(dá)到1MPa，和臨界應(yīng)力相當(dāng)。而鍺單晶比重達(dá)到5.33g/cm²，較大，拉制大直徑鍺單晶時(shí)為避免晶變，通常采用放慢肩模式(放肩角度一般為45度)，由于鍺的比重較大，當(dāng)單晶直徑達(dá)到6英寸以上時(shí)，單晶肩部重量將超過4kg，而拉制8英寸單晶，其肩部重量將達(dá)到12kg，若細(xì)頸為Φ5mm，對6英寸單晶而言，細(xì)頸承受重力達(dá)到2MPa，對8英寸單晶而言，承受重力達(dá)到6MPa。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種直拉大尺寸無位錯(cuò)鍺單晶新型縮頸工藝，用于在小梯度熱場下，拉制大尺寸無位錯(cuò)鍺單晶時(shí)，減少細(xì)頸因受單晶重力因素導(dǎo)致塑性形變而產(chǎn)生位錯(cuò)，避免這些位錯(cuò)延伸到單晶。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種直拉大尺寸無位錯(cuò)鍺單晶新型縮頸工藝，包括以下步驟：

(1)通過常規(guī)縮頸工藝將細(xì)頸的尺寸控制在3-5mm，長度150-300mm；

(2)將細(xì)頸放粗到Φ15±2mm，即放粗到直徑為13-17mm的范圍內(nèi)，等徑長度200-300mm，然后再放肩到單晶所需的直徑。

在本發(fā)明的工藝中，增加一段Φ15±2mm的粗頸，這樣當(dāng)單晶重量增加時(shí)，細(xì)頸尾端已經(jīng)處于較冷溫區(qū)，不會(huì)產(chǎn)生塑性形變，而粗頸盡管還處于塑性形變溫度范圍，但其可以承受更大的重量，只要其受到的重力小于臨界應(yīng)力，就不會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)，這樣就減少無位錯(cuò)鍺單晶中因重力因素導(dǎo)致細(xì)頸產(chǎn)生位錯(cuò)的幾率，提高無位錯(cuò)單晶的合格率。

本發(fā)明的有益效果：

1、在低溫度梯度熱場中，保證單晶重力達(dá)到細(xì)頸產(chǎn)生位錯(cuò)的臨界應(yīng)力時(shí)，細(xì)頸已經(jīng)進(jìn)入600℃以下的冷區(qū)，不會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)。

2、通過以Φ15±2mm的直徑等徑一段長度的方式，保證單晶重量增加時(shí)，處于高溫區(qū)的粗頸，能夠承受更大的重力，而不會(huì)因重力過大而產(chǎn)生新的位錯(cuò)。

3、縱使細(xì)頸仍然因重力產(chǎn)生少部分位錯(cuò)，而向下延伸，位錯(cuò)只能延伸到以Φ15±2mm等徑的這段單晶長度范圍內(nèi)，減少位錯(cuò)延伸到所拉制的單晶中的幾率。

附圖說明

圖1為采用本發(fā)明的工藝直拉大尺寸無位錯(cuò)鍺單晶時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記

1籽晶?2細(xì)頸?3粗頸?4放肩部位?5等徑部位?6坩堝?7熔體

具體實(shí)施方式