一种热场协调控制的提拉法晶体生长炉制造技术

本发明专利技术公开了一种热场协调控制的提拉法晶体生长炉，包括绝热外壳及设置在绝热外壳内的生长室，生长室设置有坩埚，绝热外壳的外部设置有用于对坩埚进行加热的主电磁感应线圈，主电磁感应线圈的下方设置有副电磁感应线圈，主电磁感应线圈和副电磁感应线圈之间存在间距，有多根底部进气管和多根中部进气管平行伸入绝热外壳内，绝热外壳的顶部设置有气流出口，气流出口作为籽晶杆移动通道，绝热外壳内设置有用于削弱辐射传热的可伸缩遮热板和用于调整生长室局部温度的顶部辅助电阻加热器，所述可伸缩遮热板能调整伸入生长室的长度。本发明专利技术能有效的抑制晶体缺陷，提高晶体质量，也能显著的提高晶体成品率，降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种热场协调控制的提拉法晶体生长炉
本专利技术属于晶体生长设备领域，更具体地，涉及一种热场协调控制的提拉法晶体生长炉。
技术介绍
提拉法，又称直拉法、Cz法，是一种目前最流行的块状单晶体生长技术，传统的提拉法装置由加热系统(加热、控温和保温)、气氛控制系统(真空、气路、充气)、传动系统(提拉、旋转)等构成。该方法的优势在于可测试和观察生长界面、定向籽晶、“缩颈”技术、“收尾“技术、可旋转坩埚和晶体，因而控制方便，能获得较快的生长速率和很高的产品性能均匀性，成品率远大于其它晶体生长方式。该方法的劣势在于坩埚的污染、流动导致系统的非稳定性等，除此之外，生长界面附近较大的温度梯度保证了高生长率的同时，导致了生长界面和晶体内部很高的热应力，与热应力相关的缺陷较大，如采用提拉法生长的蓝宝石由于位错密度太高，无法用作GaN基LED中GaN衬底的制备。由于提拉法的重要性，目前已申请的专利较多。中国专利申请2009101168954公开了一种Cz直拉法单晶炉，使直拉法单晶炉的最大取棒行程明显增加。中国专利申请201310745105.5公开了一种提高直拉法单晶生长速度的单晶炉，通过导流筒内的冷却装置，强化生长界面附近的晶体冷却效果，增大晶体的纵向温度梯度，从而大幅提高晶体的生长速度。然而，这些专利技术并不能克服提拉法固有的缺陷，使设备局限于某种特殊材料的制备，缺乏通用性。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提出一种多参数协调热场控制的新型提拉法晶体生长炉，不仅能有效提高提拉法系统的稳定性、可靠性和可重复性，从而提高高质量单晶的生产率，节约生长成本，也可以提高其通用性，适用于各种不同温度梯度生长条件的晶体制备。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种热场协调控制的提拉法晶体生长炉，包括绝热外壳及设置在绝热外壳内的生长室，生长室设置有坩埚，绝热外壳的外部设置有用于对坩埚进行加热的主电磁感应线圈，所述主电磁感应线圈的下方设置有副电磁感应线圈，主电磁感应线圈和副电磁感应线圈之间存在间距，有多根底部进气管和多根中部进气管伸入绝热外壳内，绝热外壳的顶部设置有气流出口，所述气流出口作为籽晶杆的移动通道，所述绝热外壳内设置有用于削弱辐射传热的可伸缩遮热板和用于调整生长室局部温度的顶部辅助电阻加热器，所述可伸缩遮热板能调整伸入生长室的长度，可伸缩遮热板和顶部辅助电阻加热器均位于坩埚的上方。优选地，所述绝热外壳包括底座及放置在底座上的外绝热层，外绝热层上承接有顶盖，外绝热层的内腔套装有顶部绝热层，顶盖位于顶部绝热层的上方，所述气流出口包括设置在顶盖上的上出口和设置在顶部绝热层上的下出口。优选地，所述绝热外壳内设置有能上下移动的可移动绝热层，所述可移动绝热层两端开口呈筒形并围住坩埚，可移动绝热层位于底部进气管和中部进气管之间。优选地，所述绝热外壳内设置有内绝热层，所述绝热外壳内设置有内绝热层，内绝热层与顶部绝热层、底座围成所述的生长室；所述内绝热层包括上部绝热层和下部绝热层，所述可伸缩遮热板置于上部绝热层和下部绝热层之间，所述上部绝热层的顶端和下部绝热层的底端分别与顶部绝热层和底座固定连接，所述可移动绝热层围住下部绝热层，所述中部进气管和底部进气管均穿过下部绝热层。优选地，所述顶部辅助电阻加热器呈筒形，其开口朝下，顶部设置有便于籽晶杆穿过的通孔，其对称轴与绝热外壳的轴线重合且安装在顶部绝热层与可伸缩遮热板之间。优选地，所述绝热外壳内设置有底部绝热层及安装在底部绝热层上的可旋转支座，所述坩埚设置在可旋转支座上。优选地，所述多根底部进气管沿绝热外壳的周向均匀分布，其个数为偶数。优选地，所述多根中部进气管沿绝热外壳的周向均匀分布，其个数与底部进气管相同，并且每根中部进气管与设置在其正下方的一根底部进气管成对平行排列。优选地，所述可伸缩遮热板由三个弧形块组成，每个弧形块的弧度为120°，每个弧形块均能沿绝热外壳的径向移动从而相互分开或靠拢，弧形块相互靠拢接触后能形成环形盘。优选地，所述主电磁感应线圈的圈数为7～9圈，副电磁感应线圈的圈数为3～5圈，所述主电磁感应线圈其可沿绝热外壳的轴向上下移动，其移动行程为3～5cm。。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1)本专利技术通过多参数协调控温，可以在化料期提高坩埚内部温度，缩短化料时间；2)可以在稳态生长期提供与晶体和坩埚形状协调一致的、高度轴对称的流场和温场，既能保护坩埚，提高其使用寿命，降低总生产成本，又能提高生长炉的稳定性和可靠性。3)结合温场的宏观调控(多区域加热系统)和微观调控(可移动绝热层、可伸缩遮热板移动和冷气流流量控制)使提拉法通用性更强，可以满足不同晶体材料生长对凝固界面温度梯度的需要。4)本专利技术能有效的抑制晶体缺陷，提高晶体质量，也能显著的提高晶体成品率，降低生产成本。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的俯视示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1～图2所示，一种热场协调控制的提拉法晶体生长炉，包括绝热外壳24及设置在绝热外壳24内的生长室23，生长室23设置有坩埚20，优选地，所述绝热外壳24包括底座9及放置在底座9上的外绝热层11，外绝热层11上承接有顶盖12，外绝热层11的内腔套装有顶部绝热层13，顶盖12位于顶部绝热层13的上方，所述气流出口3包括设置在顶盖12上的上出口和设置在顶部绝热层13上的下出口。所述绝热外壳24的外部设置有用于对坩埚20进行加热的主电磁感应线圈5，所述主电磁感应线圈5的下方设置有副电磁感应线圈4，所述主电磁感应线圈5的下方设置有副电磁感应线圈4，主电磁感应线圈5与副电磁感应线圈4并不是连接在一起的，二者之间存在间距。有多根底部进气管1和多根中部进气管2伸入绝热外壳24内，底部进气管1和中部进气管2通入一定温度的保护气体，不仅可以有效地调节炉内温度以满足特定晶体18不同制备过程的温度要求，而且还能将炉腔内杂质排出，进一步提高晶体18生长的质量。绝热外壳24的顶部设置有气流出口3，所述气流出口3对称中心与籽晶杆16对称中心重合，籽晶杆16可在气流出口3沿其轴线做螺旋运动，底部进气管1和中部进气管2进入的气体被加热后，从此气流出口3流出绝热外壳24。所述绝热外壳24内设置有用于削弱辐射传热的可伸缩遮热板8和用于调整生长室23局部温度的的顶部辅助电阻加热器6，所述可伸缩遮热板8能调整伸入绝热外壳24内的长度，可伸缩遮热板8和顶部辅助电阻加热器6均位于坩埚20的上方。所述绝热外壳24内还设置有能上下移动的可移动绝热层7，所述可移动绝热层7两端开口呈筒形并围住坩埚20，可移动绝热层7位于底部进气管1和中部进气管2之间。晶体18生长过程中，可移动绝热层7向上移动可减少坩埚盖15上方环形空间径向热损失，提高晶体18周围热场均匀性，进而降低晶体18径向温度梯度，不仅能够防止晶体18局部开裂，而且还能有效降低晶体18内部位错密度，是生长大尺寸、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热场协调控制的提拉法晶体生长炉，其特征在于：包括绝热外壳(24)及设置在绝热外壳(24)内的生长室(23)，生长室(23)设置有坩埚(20)，绝热外壳(24)的外部设置有用于对坩埚(20)进行加热的主电磁感应线圈(5)，所述主电磁感应线圈(5)的下方设置有副电磁感应线圈(4)，主电磁感应线圈(5)和副电磁感应线圈(4)之间存在间距，有多根底部进气管(1)和多根中部进气管(2)伸入绝热外壳(24)内，绝热外壳(24)的顶部设置有气流出口(3)，所述气流出口(3)作为籽晶杆(16)的移动通道，所述绝热外壳(24)内设置有用于削弱辐射传热的可伸缩遮热板(8)和用于调整生长室(23)局部温度的顶部辅助电阻加热器(6)，所述可伸缩遮热板(8)能调整伸入生长室(23)的长度，可伸缩遮热板(8)和顶部辅助电阻加热器(6)均位于坩埚(20)的上方。

【技术特征摘要】
1.一种热场协调控制的提拉法晶体生长炉，其特征在于：包括绝热外壳(24)及设置在绝热外壳(24)内的生长室(23)，生长室(23)设置有坩埚(20)，绝热外壳(24)的外部设置有用于对坩埚(20)进行加热的主电磁感应线圈(5)，所述主电磁感应线圈(5)的下方设置有副电磁感应线圈(4)，主电磁感应线圈(5)和副电磁感应线圈(4)之间存在间距，有多根底部进气管(1)和多根中部进气管(2)伸入绝热外壳(24)内，绝热外壳(24)的顶部设置有气流出口(3)，所述气流出口(3)作为籽晶杆(16)的移动通道，所述绝热外壳(24)内设置有用于削弱辐射传热的可伸缩遮热板(8)和用于调整生长室(23)局部温度的顶部辅助电阻加热器(6)，所述可伸缩遮热板(8)能调整伸入生长室(23)的长度，可伸缩遮热板(8)和顶部辅助电阻加热器(6)均位于坩埚(20)的上方；所述绝热外壳(24)包括底座(9)及放置在底座(9)上的外绝热层(11)，外绝热层(11)上承接有顶盖(12)，外绝热层(11)的内腔套装有顶部绝热层(13)，顶盖(12)位于顶部绝热层(13)的上方，所述气流出口(3)包括设置在顶盖(12)上的上出口和设置在顶部绝热层(13)上的下出口；所述绝热外壳(24)内设置有能上下移动的可移动绝热层(7)，所述可移动绝热层(7)两端开口呈筒形并围住坩埚(20)，可移动绝热层(7)位于底部进气管(1)和中部进气管(2)之间。2.根据权利要求1所述的一种热场协调控制的提拉法晶体生长炉，其特征在于：所述绝热外壳(24)内设置有内绝热层，内绝热层与顶部绝热层(13)、底座(9)围成所述的生长室(23)；所述内绝热层包括上部绝热层(21)和下部绝热层(22)，所述可伸缩遮热板(8)置于上部绝热层(21)和下部绝热层(22)之间，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：方海生，王森，蒋志敏，王梦莹，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42