泡生法用单晶炉及其籽晶保护结构以及晶体生长控制方法技术

一种籽晶保护结构，包括筒体及内部的进气管，筒体外部设有夹头；设于单晶炉中，该单晶炉还包括炉体、加热器及隔热屏。一种泡生法晶体生长控制方法：将籽晶装入夹头，将多晶原料装入坩埚，加热使原料熔化，同时向进气管通入冷却气体；将筒体向坩埚方向向下移动，直至与多晶熔体接触；控制加热器功率稳定不变，控制冷却气体流量使夹头内的籽晶既不收缩也不长大；逐渐增大冷却气体流量，使籽晶与多晶熔体熔接处长大；控制冷却气体流量以控制晶体的生长速度使晶体生长界面以合适的生长速度往多晶熔体扩张而晶体不断长大，直至结晶过程结束，晶体和熔体脱离；将多晶熔体冷却直至室温。本发明专利技术可实现晶体生长过程的精确而灵活控制。

Kyropoulos method control method for single crystal furnace and its seed protection structure and crystal growth

The utility model relates to a seed crystal protection structure, which comprises a cylinder body and an air inlet pipe in the inner part, wherein the outside of the cylinder body is provided with a clamping head. A kyropoulos method crystal growth control methods: seed into the chuck, polycrystalline material into the crucible, melting of the material heating, pipe is communicated with the cooling gas to the intake at the same time; the cylinder to move downward until the direction of crucible, melt and crystal contact; control the heater power steady, controlled cooling gas flow to seed the seed neither systolic nor growth; cooling gas flow rate increases, the seed crystal and crystal melt splice growth; growth rate control of cooling gas flow to control the crystal growth of the crystal growth rate to the appropriate interface to the polycrystalline melt expansion and crystal growing, until the end of the crystallization process of crystal. The melt and detachment; polycrystalline melt cooling to room temperature. The invention can realize accurate and flexible control of crystal growth process.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及单晶生长制备
，特别是一种泡生法用单晶炉及其籽晶保护结构以及晶体生长控制方法。
技术介绍
泡生法又称之为凯氏长晶法(Kyropoulosmethod)，简称KY法，其原理与直拉法(Czochralskimethod)类似，先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再以单晶的晶种(SeedCrystal，又称籽晶棒)接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上开始生长和晶种相同晶体结构的单晶，晶种以极缓慢的速度往上拉升，但在晶种往上拉晶一段时间以形成晶颈，待熔汤与晶种界面的凝固速率稳定后，晶种便不再拉升，也没有作旋转，仅以控制冷却速率方式来使单晶从上方逐渐往下凝固，最后凝固成一整个单晶晶碇。泡生法生长蓝宝石晶体已成为蓝宝石晶体生长的主流方法，该法也可生长其它非掺晶体。传统的泡生法籽晶保护和引晶控制采用籽晶杆传导的方式以及降低加热器功率的方式进行，这种方式难以确保籽晶不被熔化，更无法实现对晶体引晶过程进行控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种籽晶保护结构，其具有良好的冷却能力，能保证籽晶不被熔化。本专利技术的另一目的是提供一种泡生法用单晶炉，包括上述籽晶保护结构，其保证籽晶不被熔化，并能精确控制单晶生长过程。本专利技术的再一目的是提供一种泡生法晶体生长控制方法，利用上述单晶炉，能确保实现籽晶保护和引晶控制，该方法可靠性高、重复性好，自动化程度高，可以有力推动晶体生长的产业化。r>为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：本专利技术提供一种籽晶保护结构，它包括一个筒体，该筒体开口一端设有进气管，另一端外部设有夹头；该进气管末端通入该筒体内部底端，该夹头呈圆筒状，该夹头开口与该筒体开口方向相反。进一步的，所述进气管连接冷却风设备且设有流量计，该流量计连接处理单元，该处理单元连接控制单元，该控制单元连接该冷却风设备。本专利技术还提供一种泡生法用单晶炉，包括炉体、加热器及设于该炉体和加热器之间的隔热屏，该隔热屏内部设有坩埚，还包括上述的籽晶保护结构；所述筒体穿过该隔热屏顶部，且该夹头靠近该坩埚顶端。本专利技术还提供一种泡生法晶体生长控制方法，利用权利上述的泡生法用单晶炉，包括下列步骤：(1)将籽晶装入所述夹头，将多晶原料装入坩埚放入隔热屏内后控制加热器加热升温使多晶原料熔化，同时向所述进气管通入冷却气体给夹头的籽晶降温，以保证多晶原料化料过程籽晶不被熔化；(2)当温度稳定到多晶原料熔点以上后，多晶原料熔化成多晶熔体；将所述筒体向所述坩埚方向向下移动，直至与多晶熔体接触；控制所述加热器功率稳定不变，控制冷却气体流量使夹头内的籽晶既不收缩也不长大；(3)逐渐增大冷却气体流量，使籽晶与所述多晶熔体熔接处长大；控制冷却气体流量以控制晶体的生长速度使晶体生长界面以合适的生长速度往所述多晶熔体扩张而晶体不断长大，直至结晶过程结束，晶体和熔体脱离；(4)将多晶熔体冷却直至室温。进一步的，所述步骤(3)中逐渐减少冷却气体流量可以实现缩颈。优选的，所述步骤(3)中同时降低所述加热器功率以综合控制晶体生长。本专利技术的有益效果是：本专利技术的籽晶保护结构具有良好的冷却能力，能保证籽晶不被熔化。本专利技术能精确控制单晶生长过程，方法可靠性高、重复性好，自动化程度高，可以有力推动晶体生长的产业化。附图说明图1是本专利技术的籽晶保护结构的主视图。图2是本专利技术的籽晶保护结构的俯视图。图3是本专利技术的泡生法用单晶炉的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步的说明，然而并非用以限制本专利技术的范围。如图1、图2所示，本专利技术提供一种籽晶保护结构，它包括一个筒体1，材质为不与晶体生长气氛反应且能气密封的材料，一般为金属材料。该筒体1开口一端设有进气管2，另一端外部设有夹头3。该进气管2用于通入冷却气体，根据系统温度要求可以选择氮气、氩气、氦气等。该进气管2末端通入该筒体1内部底端，以获得更好的冷却效果。该进气管2通入冷却气体的方式可以为气体循环系统，也可以是流动系统，但后者成本高。该夹头3呈圆筒状，用于夹持籽晶棒，该夹头3开口与该筒体1开口方向相反。为了精确控制冷却气体流量，该进气管连接冷却风设备且设有流量计，该流量计连接处理单元，该处理单元连接控制单元，该控制单元连接该冷却风设备，实现精密自动化控制。其为一般的控制结构和程序，均为现有技术，故在此不再赘述。如图3所示，本专利技术还提供一种泡生法用单晶炉，包括炉体4、加热器5及设于该炉体4和加热器5之间的隔热屏6，该隔热屏6内部设有坩埚7，还包括上述的籽晶保护结构。该筒体1穿过该隔热屏6顶部，且该夹头3靠近该坩埚7顶端。本专利技术还提供一种泡生法晶体生长控制方法，利用权利上述的泡生法用单晶炉，包括下列步骤：(1)将籽晶装入该夹头3，确保籽晶与筒体1良好接触，将多晶原料按要求装入坩埚7放入隔热屏6内后控制加热器5加热升温使多晶原料熔化，同时向该进气管2通入适量冷却气体给夹头3的籽晶降温，以保证多晶原料化料过程籽晶不被熔化。(2)当温度稳定到合适值(多晶原料熔点)以上后，多晶原料熔化成多晶熔体。将该筒体1以合适的速度向该坩埚7方向向下移动，直至与多晶熔体接触。控制该加热器5功率稳定不变，控制冷却气体流量使夹头3内的籽晶既不收缩也不长大。此时籽晶与多晶熔体接触处被筒体中冷却气体所带走的热量与多晶熔体中带来的热量达到平衡，这时冷却气体流量可称之为籽晶保护流量或初始引晶流量。控制冷却气体流量使籽晶适量回熔，产生一个光滑的融结界面。(3)稳定一定时间后，逐渐增大冷却气体流量，使籽晶与该多晶熔体熔接处长大。在晶体生长过程中，逐渐减少冷却气体流量可以实现缩颈。因此该方法可很好的控制引晶过程和晶体生长过程。控制冷却气体流量同时还可以降低该加热器5功率以综合控制晶体的生长速度使晶体生长界面以合适的生长速度往该多晶熔体扩张而晶体不断长大，当生长界面达到所需尺寸时，可以适当提拉控制晶体的大小，并适当降低加热器5的功率，协助晶体生长界面向下推进，直至结晶过程结束，晶体和熔体脱离。最后按要求冷却直至室温，至此完成晶体全部生长过程。本专利技术进入热交换器中的冷却气体流量是通过与流量传感器连接的工业程控器编程控制来实现的，从而精确控制籽晶区域的冷却程度，实现对晶体引晶和晶体生长全过程的精确控制。在晶体引晶过程中，当冷却气体流量逐步增大时籽晶熔接处长大，实现晶体的长大；反之冷却气体流量逐渐减少时则缩小，<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种籽晶保护结构，其特征在于，它包括一个筒体，该筒体开口一端设有进气管，另一端外部设有夹头；该进气管末端通入该筒体内部底端，该夹头呈圆筒状，该夹头开口与该筒体开口方向相反。

【技术特征摘要】
1.一种籽晶保护结构，其特征在于，它包括一个筒体，该筒体开口一端
设有进气管，另一端外部设有夹头；该进气管末端通入该筒体内部底端，该夹
头呈圆筒状，该夹头开口与该筒体开口方向相反。
2.根据权利要求1所述的籽晶保护结构，其特征在于：所述进气管连接
冷却风设备且设有流量计，该流量计连接处理单元，该处理单元连接控制单元，
该控制单元连接该冷却风设备。
3.一种泡生法用单晶炉，包括炉体、加热器及设于该炉体和加热器之间
的隔热屏，该隔热屏内部设有坩埚，其特征在于，还包括如权利要求1或2所
述的籽晶保护结构；所述筒体穿过该隔热屏顶部，且该夹头靠近该坩埚顶端。
4.一种泡生法晶体生长控制方法，利用权利要求3所述的泡生法用单晶
炉，其特征在于：包括下列步骤：
(1)将籽晶装入所述夹头，将多晶原料装入坩埚放入隔热屏内后控制加
热器加热升温使多晶原料熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎建明，刘春雷，雷同光，王瑞臣，郝建磊，金攀，张靖宇，
申请(专利权)人：有研光电新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13