一种晶体生长坩埚、装置及其生长方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于晶体生长技术领域，具体为一种晶体生长坩埚、装置及其生长方法。一种晶体生长坩埚，包括坩埚本体，还包括热交换器。坩埚本体包括侧壁、底壁和坩埚盖，侧壁、底壁和坩埚盖围成为晶体生长提供场所的坩埚室。热交换器穿设于坩埚盖伸入至坩埚室，热交换器伸入至坩埚内的一端设置有籽晶。坩埚本体外环设有加热器。本发明专利技术将热交换法、泡生法和提拉法进行结合并提供了一种优化的晶体生长方法，其能减少晶体内部缺陷、降低晶体开裂几率和增加晶体良率。

【技术实现步骤摘要】
一种晶体生长坩埚、装置及其生长方法
本专利技术属于晶体生长
，具体为一种晶体生长坩埚、装置及其生长方法。
技术介绍
晶体的生长方法包括有热交换法(HEM)、泡生法(KY)和提拉法(CZ)。热交换法原理是利用热交换器带走热量，使得晶体生长形成一下冷上热的纵向温度梯度，同时再由控制热交换器内气体流量的大小以及改变功率的高低来控制温度梯度，由此达成坩埚内熔液由坩埚底部籽晶往上生长的一种长晶方法。其优点为：长晶开始阶段可以自动引晶，其自动化程度高，容易做到工艺一致性，同时减少了引晶的劳动强度和成本；并且在长晶阶段无物理移动，固液界面稳定。泡生法首先原料熔融，再将一根受冷的籽晶与熔体接触，如果界面的温度低于凝固点，则籽晶开始生长。为了使晶体不断长大，就需要逐渐降低熔体的温度，同时旋转晶体，以改善熔体的温度分布。也可以缓慢地(或分阶段地)上提晶体，以扩大散热面。晶体在生长过程中或生长结束时不与坩埚壁接触，这就大大减少了晶体的应力。其优点为：晶体与坩埚非接触，最终晶体表面为自由表面，其内压力小，不易开裂；并且晶体与坩埚非接触杜绝坩埚表面生核，减少坩埚杂质引入和晶体内部缺陷。提拉法是将晶体原料放置于坩埚内通过侧加热器加热熔化后，将由籽晶杆夹持的籽晶插入熔体表面进行熔化，同时转动籽晶反转坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放大、缩颈、放肩、等径生长、收尾等过程最终得到晶体。但是在传统的热交换法、泡生法和提拉法都有其相对应的缺点，其中热交换法最大的缺点就是因为晶体在熔化过程中与放置晶体坩埚接触，最终晶体表面为受约束表面，其内压力大，易开裂；并且因为晶体与坩埚接触增加坩埚表面生核杂质引入的几率，增加晶体内部缺陷。泡生法的缺点是在长晶开始阶段需要引晶，其对引晶熟练程度要求较高，难做到工艺一致性；并且长晶阶段有物理移动，固液界面易受扰动，固液界面不稳定。提拉法的缺点长晶开始阶段需要引晶，其对引晶熟练程度要求较高，难做到工艺一致性；长晶各阶段有移动和旋转，固液界面易受扰动而不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种晶体生长坩埚，用于实现晶体的生长，并可实现在热交换法基础上结合提拉法缩颈，可实现晶体内部缺陷少，晶体不易开裂的技术效果，且坩埚可进行多次利用。本专利技术是这样实现的：一种晶体生长坩埚，包括坩埚本体。晶体生长坩埚还包括固定籽晶的热交换器。坩埚本体包括侧壁、底壁和坩埚盖，侧壁、底壁和坩埚盖围成为晶体生长提供场所的坩埚室。设置有籽晶的热交换器的一部分贯穿于坩埚盖伸入至坩埚室，且热交换器可选地在远离或靠近底壁的地方运动。坩埚本体外环设有加热器，加热器包括环设于侧壁的第一加热器和设置在底壁外的第二加热器。进一步的，热交换器包括热交换单元和设置有流体流量控制单元的流体供应单元。热交换单元的一端与流体供应单元连接，热交换单元的另一端贯穿坩埚盖并伸入坩埚室内。进一步的，热交换单元包括外管体和内管体，内管体设置在外管体内，外管体与内管体之间形成换热通道。内管体开设有与换热通道连通的换热孔。内管体与外管体穿设于坩埚盖并深入至坩埚室。本专利技术还提供了一种基于上述晶体生长坩埚的晶体生长装置。一种晶体生长装置，包括生长炉和上述的晶体生长坩埚。生长炉包括炉体和腔室，坩埚设置于所述腔室内。坩埚与炉体之间设置有保温层，热交换器依次穿设于炉体和保温层。进一步的，热交换器与炉体通过磁密封。本专利技术还提供了一种基于上述晶体生长装置的晶体的生长方法，本方法结合了晶体生长的热交换法和提拉法，解决了晶体缺陷问题，实现了坩埚的多次利用，晶体不易开裂的技术效果，以下是具体技术方案：一种基于上述晶体生长装置的晶体生长方法，包括以下步骤：熔化容置于坩埚室内的晶体原料；使籽晶以预设方向与处于熔化状态的晶体原料接触，并使热交换器按照预设规律通入冷却气体进行热交换以使处于熔化状态的所述晶体原料凝固生长。以及当晶体生长至预设值时，依次对晶体进行缩颈处理、脱模处理。进一步的，熔化晶体原料的方法包括：同时通过第一加热器和第二加热器对处于坩埚室内的晶体原料进行加热。进一步的，将籽晶与处于熔化状态的晶体原料接触地方法包括：将籽晶设置在热交换器伸入坩埚室的端部，移动热交换器使籽晶与熔化状态的晶体原料表面接触，且保持第一加热器、第二加热器的加热温度恒定。进一步的，在热交换器按照预设规律通入冷却气体步骤中，预设规律为：冷却气体的通入量随时间的增加而增加。进一步的，对晶体进行脱模处理的方法包括：保持第一加热器的加热温度不变，同时增加第二加热器的加热温度，并将热交换器沿预设的方向以远离坩埚的方式移动，使生长的晶体与坩埚实现脱离。上述方案的有益效果：本专利技术提供了一种晶体生长坩埚，为晶体生长热交换法、泡生法和提拉法的结合提供场所。该坩埚通过设置在坩埚本体上端的热交换器，并且将热交换器的端部设置有籽晶实现了将热交换器替换为提拉杆的效果，并且使热交换器具有提拉晶体生长和提供冷却介质的作用，实现了热交换发和提拉法的相结合。并且通过设置在坩埚本体外部的热加热器使晶体在生长过程中与坩埚本体底壁之间容易实现脱膜处理，且因为晶体与坩埚侧壁底部无接触，实现了由坩埚底侧壁和底部长出晶界缺陷明显减少的技术效果。同时最终的晶体不容易开裂。本专利技术还提供了一种晶体生长装置，该装置基于晶体生长坩埚，并在坩埚本体外部设置有保温层，使坩埚本体内的温度不易散失，实现了晶体生长过程的稳定的技术效果。本专利技术还提供了一种晶体生长方法，该方法基于晶体生长装置，将热交换法、泡生法和提拉法进行结合并提供了一种优化的晶体生长方法，其能减少晶体内部缺陷、降低晶体开裂几率和增加晶体良率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术晶体生长装置结构示意图；图2为本专利技术晶体生长坩埚结构示意图；图3为使用本专利技术提供的晶体生长装置及其方法生产出的蓝宝石晶体凝结后的结构示意图；图4为现有技术中晶体凝结后结构示意图；图5为本专利技术提供的晶体生长方法的等温线图。图标：100-晶体生长装置；200-晶体生长坩埚；300-成形晶体；300a-成形晶体；400-籽晶；500-等温线；110-生长炉；120-保温层；130-控制中心；210-坩埚本体；220-热交换器；230-加热单元；111-炉体；112-腔室；131-显示装置；211-坩埚盖；212-坩埚室；213-侧壁；214-底壁；221-流体供应单元；222-流体流量控制单元；223-热交换单元；224-外管体；225-内管体；226-换热通道；231-第一加热器；232-第二加热器。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体生长坩埚，包括坩埚本体，其特征在于，所述晶体生长坩埚还包括固定籽晶的热交换器；所述坩埚本体包括侧壁、底壁和坩埚盖；所述侧壁、所述底壁和所述坩埚盖围成为晶体生长提供场所的坩埚室；设置有所述籽晶的所述热交换器的一部分贯穿于所述坩埚盖伸入至所述坩埚室，且所述热交换器可选地在远离或靠近所述底壁的地方运动；所述坩埚本体外环设有加热器，所述加热器包括环设于所述侧壁的第一加热器和设置在所述底壁外的第二加热器。

【技术特征摘要】
1.一种晶体生长坩埚，包括坩埚本体，其特征在于，所述晶体生长坩埚还包括固定籽晶的热交换器；所述坩埚本体包括侧壁、底壁和坩埚盖；所述侧壁、所述底壁和所述坩埚盖围成为晶体生长提供场所的坩埚室；设置有所述籽晶的所述热交换器的一部分贯穿于所述坩埚盖伸入至所述坩埚室，且所述热交换器可选地在远离或靠近所述底壁的地方运动；所述坩埚本体外环设有加热器，所述加热器包括环设于所述侧壁的第一加热器和设置在所述底壁外的第二加热器。2.根据权利要求1所述的晶体生长坩埚，其特征在于，所述热交换器包括热交换单元和设置有流体流量控制单元的流体供应单元；所述热交换单元的一端与所述流体供应单元连接，所述热交换单元的另一端贯穿所述坩埚盖并伸入所述坩埚室内。3.根据权利要求2所述晶体生长坩埚，其特征在于，所述热交换单元包括外管体和内管体，所述内管体设置在所述外管体内，所述外管体与所述内管体之间形成换热通道；所述内管体开设有与所述换热通道连通的换热孔；所述内管体与所述外管体穿设于所述坩埚盖并深入至所述坩埚室。4.一种晶体生长装置，其特征在于，包括生长炉和权利要求1～3任意一项所述晶体生长坩埚；所述生长炉包括炉体和腔室；所述坩埚设置于所述腔室内，所述坩埚与所述炉体之间设置有保温层，所述热交换器依次穿设于所述炉体和所述保温层。5.根据权利要求4所述的晶体生长装置，其特征在于，所述热交换器与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴锐锋，
申请(专利权)人：伯恩露笑蓝宝石有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15