[發明專利]一種雙發熱體結構的大尺寸晶體生長裝置和方法

在審

• 申請號: 202111645254.5
• 申請日: 2021-12-29
• 公開（公告）號: CN114318496A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 華偉;陳偉;潘國慶;董永軍
• 申請（專利權）人: 南京光寶晶體科技有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B27/00
• 代理公司: 南京禾易知識產權代理有限公司 32320
• 代理人: 曹銳濤

1.一種雙發熱體結構的大尺寸晶體生長裝置，其特征在于：其由內向外依次包括：

用于生長大尺寸晶體的晶體生長室、保溫以形成溫場的溫場結構以及為大尺寸晶體生長提供真空生長環境的爐膛結構，其中，

所述溫場結構由至少一保溫層層疊結合且密閉形成，每個所述保溫層由復數子保溫層拼接而成，所述保溫層的中心沿與其徑向相對平行方向設置有發熱體組件，所述發熱體組件貫穿保溫層，用于在由多個保溫層層疊結合且密閉形成的溫區內形成溫度梯度；

所述晶體生長室基于驅動機構沿溫場結構軸向方向發生位移；

所述爐膛結構外設于溫場結構，且與所述溫場結構結合而密閉形成一真空腔體，以保證不會因外部氣體的充入導致爐膛結構與溫場結構間的腔體內形成熱流，破壞所述溫區內形成溫度梯度；

所述驅動機構與外設控制器連接，以精準控制晶體生長室在溫場結構的下降速度。

2.根據權利要求1所述的一種雙發熱體結構的大尺寸晶體生長裝置，其特征在于：所述發熱體組件包括內發熱體和外發熱體，其中，所述內發熱體固設在所述溫場結構靠近晶體生長室的最內保溫層處，所述外發熱體固設在沿所述最內保溫層向爐膛結構延伸的另一保溫層處，且，

所述內發熱體相對于晶體生長室幾何中心的垂直高度小于所述外發熱體相對于晶體生長室幾何中心的垂直高度，用于在所述溫區內形成溫度梯度。

3.根據權利要求1所述的一種雙發熱體結構的大尺寸晶體生長裝置，其特征在于：所述晶體生長室采用坩堝，其中，所述坩堝通過坩堝桿固設于由發熱體組件環繞形成中空柱狀腔體的幾何中心處，所述坩堝桿依次貫穿保溫層、爐膛結構連接于所述驅動機構。

4.根據權利要求3所述的一種雙發熱體結構的大尺寸晶體生長裝置，其特征在于：所述驅動機構采用伺服電機，用于帶動所述坩堝桿做往復運動。

5.根據權利要求1所述的一種雙發熱體結構的大尺寸晶體生長裝置，其特征在于：所述發熱體組件電性連接外設控制器，用于控制外發熱體和內發熱體陸續升溫，構建溫區，其中，所述外發熱體和內發熱體均采用熱電偶。

6.一種雙發熱體結構的大尺寸晶體生長方法，基于權利要求1-5任一項所述的雙發熱體結構的大尺寸晶體生長裝置，其特征在于：包括以下步驟：

第一步，在坩堝中裝入籽晶和原料，并將其安置在坩堝桿上端，同步調整好坩堝的高度和位置；

第二步，對爐膛結構抽高真空，持續維持爐膛結構處于高真空狀態；

第三步，通過外設控制器控制內發熱體和外發熱體升溫，其中，當溫度升高到設定的溫度點后，通過調整外發熱體的功率，構建坩堝中籽晶生長用所需溫區的第一重的溫度梯度，以用于維持所述溫區的溫度場，使坩堝內的原料保持微熔化狀態；

第四步，基于第三步，通過外設控制器控制內發熱體緩慢升溫到設定的溫度點，以用于控制晶體的結晶溫度，并構建適合晶體生長的溫度梯度；

第五步，繼續通過外設控制器控制內發熱體使坩堝底部的原料全部熔化至過熱狀態，通過爐膛結構底部安裝的伺服電機，控制坩堝桿，緩慢下降，使坩堝內部的熔體，通過內發熱體構成的溫區，用于完成晶體的熔化、過熱、結晶生長；

第六步，當坩堝桿下降到設定位移之后，結束生長過程，通過外設控制器設定的退火和降溫程序，降溫至室溫后取出，結束。