一种大尺寸晶体的生长装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种大尺寸晶体的生长装置，包括炉腔，所述炉腔中安装有坩埚，所述坩埚外层还包裹有保温层，所述坩埚与保温层之间设置有加热器，所述保温层与炉腔之间还设置有一圈低频电磁搅拌器和中频加热器，所述加热器与加热器电源连接，所述低频电磁搅拌器和中频加热器均与变频电源连接。本实用新型专利技术通过增加低频电磁搅拌器和中频加热器，生产的晶体质量好、无气泡、成品率高、适用于工业化生产。

Large size crystal growth device

The utility model discloses a large size crystal growth device, including a furnace chamber, a crucible installation of the furnace cavity, the outer crucible is coated with insulating layer, a heater is arranged between the crucible and the insulating layer, the insulating ring has a low frequency electromagnetic stirrer is arranged between the heater and the intermediate frequency layer and the furnace chamber, the heater is connected with the power supply of the heater, the low frequency electromagnetic stirrer and medium frequency heater are connected with a variable frequency power supply. The utility model has the advantages of high crystal quality, no air bubbles and high yield, and is suitable for industrial production by increasing the low-frequency electromagnetic stirrer and the intermediate frequency heater.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及晶体生产
，尤其涉及一种大尺寸晶体的生长装置。
技术介绍
由于气体在晶体中的溶解度远小于熔体中的溶解度，随着晶体的生长，晶体的固/液界面不断推移，由晶体不断排出的气体富集在固/液界面前沿，在初始熔体气体含量较高和缺少强迫对流驱动的情况下，固/液界面前沿富集的气体很容易达到过饱和状态，再加上固/液界面不稳定，此时界面更容易捕获气体而形成气泡，最终导致晶体内部气泡较多。解决气泡问题有三种解决方法，其一是在长晶前尽可能减少熔体中的溶解的气体含量，其二是在长晶过程中增加强迫对流，将固液界面富集的气体快速排到整个熔体和外界气氛中，其三是在保证固/液界面稳定的前提下尽可能降低晶体生长速率，长晶速度越低，单位时间排到固/液界面的气体量越少，同时固/液界面的气体有足够的时间排到熔体和外界气氛中。专利CN100497756C采用了机械搅拌的方式来强迫熔体对流，从而降低长晶过程中固/液界面前沿的气体含量，该方法能够一定程度上抑制晶体气泡的产生，但其存在以下弊端，其一是直接接触式的机械搅拌器容易与高温熔体反应并形成杂质，这一定程度上会增加晶体气泡和其它缺陷的可能性，其二是在高温状态下机械搅拌较难控制，晶体生长过程中容易破坏固/液界面稳定性，这一定程度上液会增晶体气泡和其它缺陷的可能性。
技术实现思路
本技术主要是解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种晶体质量好、无气泡、成品率高、适用于工业化生产的大尺寸晶体的生长装置。本技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本技术提供的一种大尺寸晶体的生长装置，包括炉腔，所述炉腔中安装有坩埚，所述坩埚外层还包裹有保温层，所述坩埚与保温层之间设置有加热器，所述保温层与炉腔之间还设置有一圈低频电磁搅拌器和中频加热器，所述加热器与加热器电源连接，所述低频电磁搅拌器和中频加热器均与变频电源连接。进一步地，所述加热器为石墨电阻加热器，所述低频电磁搅拌器和中频加热器为一体式结构的电磁加热线圈，所述炉腔侧壁上设置有碳毡保温层。进一步地，所述加热器为钨电阻加热器，所述低频电磁搅拌器和中频加热器为一体式结构的电磁加热线圈，所述保温层为钨钼合金保温层。进一步地，所述坩埚四周和底部均设置有所述钨电阻加热器。进一步地，所述炉腔包括相互连接的上部炉腔和下部炉腔，所述上部炉腔上方安装有顶部炉腔，所述下部炉腔下部安装有底部炉腔。进一步地，所述低频电磁搅拌器的搅拌频率为0.1～50HZ，所述中频加热器的搅拌加热频率为1000～10000HZ。本技术的有益效果在于：在原料熔化阶段，若晶体固体原料或坩埚是导电型材料，在熔化阶段采用中频电磁感应加热。若晶体固体原料和坩埚是非导电型材料，采用电阻加热熔化晶体原料。在熔体除气除杂静置阶段，若熔化后的原料为电导型熔体，采用电阻加热加低频电磁搅拌，熔体在高温、高真空和低粘度条件下进行强迫对流，使其溶解于熔体内部气体和杂质完全、快速排除，从而减少晶体生长过程中形成气泡等缺陷的可能性。熔体中的杂质、气体排净后，关闭低频电磁搅拌并静置一定时间，为后续长晶提供稳定温度和流动起始点。在晶体生长阶段，在不影响晶体生长的固/液界面稳定性前提下采用电阻加热+低频电磁搅拌。在退火和冷却阶段，采用电阻加热或电磁感应加热，将晶体温度下降到常温，最终获取无气泡、晶界及开裂的大尺寸晶体。通过增加低频电磁搅拌器和中频加热器，生产的晶体质量好、无气泡、成品率高、适用于工业化生产。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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的附图。图1是本技术实施例一的大尺寸晶体的生长装置的结构示意图；图2是本技术实施例二的大尺寸晶体的生长装置的结构示意图；图3是本技术实施例三的大尺寸晶体的生长装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术的优选实施例进行详细阐述，以使本技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。参阅图1至图3所示，本技术的一种大尺寸晶体的生长装置，包括炉腔1，炉腔1中安装有坩埚2，坩埚2外层还包裹有保温层3，坩埚2与保温层3之间设置有加热器4，保温层3与炉腔1之间还设置有一圈低频电磁搅拌器5和中频加热器6，加热器4与加热器电源7连接，低频电磁搅拌器5和中频加热器6均与变频电源8连接。优选的，低频电磁搅拌器5的搅拌频率为0.1～50HZ，中频加热器6的搅拌加热频率为1000～10000HZ。通过增加低频电磁搅拌器5和中频加热器6，生产的晶体质量好、无气泡、成品率高、适用于工业化生产。为了方便拆装炉腔1，炉腔1包括相互连接的上部炉腔11和下部炉腔12，所述上部炉腔11上方安装有顶部炉腔13，所述下部炉腔12下部安装有底部炉腔14。实施例一增加中频加热和低频电磁搅拌的热交换法具体实施过程：参阅图1所示，炉腔1内部通冷却水冷却，在坩埚2的底部放入籽晶，坩埚2底部有一个热交换器，通过热交换器对坩埚2底部的籽晶进行保护和长晶过程提供长晶驱动力，坩埚2四周的加热器4为石墨电阻加热器，石墨电阻加热器由加热器电源7电阻电源提供晶体生长的热量，加热器4四周和上下有碳毡保温层进行保温，低频电磁搅拌器5和中频加热器6为一体式结构的电磁加热线圈，其由变频电源8提供变频电源用于中频加热和低频电磁搅拌。在原料熔化过程，晶体固体原料Al2O3和坩埚2是导电型材料，在该阶段采用1000HZ的电磁感应加热直至2050℃熔化。由于Al2O3熔体为导电型熔体，采用电阻加热和10HZ的低频电磁搅拌，熔体在高温、高真空(2mTorr)和低粘度条件下强迫对流5小时后，关停低频电磁搅拌，熔体静置2小时使内部温度稳定，为长晶做准备，在晶体生长阶段，采用电阻加热器加热和30HZ的低频电磁搅拌进行长晶。在退火和冷却阶段，采用电阻加热器进行加热。实施例二增加中频加热和低频电磁搅拌的泡生法具体实施过程：参阅图2所示，炉腔1内部通冷却水冷却，原料放Al2O3放置于坩埚2内，通过侧壁钨电阻加热器和底部钨电阻加热器加热，电阻加热器由电阻电源提供晶体生长的热量，加热器4四周和上下有钨钼合金保温层进行反辐射保温，在保温层外围和炉腔壁之间安装电磁加热线圈，其由变频电源8提供变频电源用于中频加热和低频电磁搅拌。在原料熔化过程，晶体固体原料Al2O3和坩埚2是导电型材料，在该阶段采用10000HZ的电磁感应加热直至2050℃熔化。由于Al2O3熔体为导电型熔体，采用电阻加热和0.1HZ的低频电磁搅拌，熔体在高温、高真空(0.1mTorr)和低粘度条件下强迫对流10小时后，关停低频电磁搅拌，熔体静置2小时使内部温度稳定，为长晶做准备。在晶体生长初期，将籽晶18由坩埚顶部缓慢放入坩埚熔体中进行旋转引晶，通过调节籽晶旋转和上升的速度将晶体放肩，待晶体足够大时籽晶停止旋转和上升，然后利用晶体和熔液表面自然对外辐射冷却驱动力使晶体生长，在整个长晶过程中采用电阻加热和20HZ低频电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大尺寸晶体的生长装置，包括炉腔(1)，其特征在于：所述炉腔(1)中安装有坩埚(2)，所述坩埚(2)外层还包裹有保温层(3)，所述坩埚(2)与保温层(3)之间设置有加热器(4)，所述保温层(3)与炉腔(1)之间还设置有一圈低频电磁搅拌器(5)和中频加热器(6)，所述加热器(4)与加热器电源(7)连接，所述低频电磁搅拌器(5)和中频加热器(6)均与变频电源(8)连接。

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸晶体的生长装置，包括炉腔(1)，其特征在于：所述炉腔(1)中安装有坩埚(2)，所述坩埚(2)外层还包裹有保温层(3)，所述坩埚(2)与保温层(3)之间设置有加热器(4)，所述保温层(3)与炉腔(1)之间还设置有一圈低频电磁搅拌器(5)和中频加热器(6)，所述加热器(4)与加热器电源(7)连接，所述低频电磁搅拌器(5)和中频加热器(6)均与变频电源(8)连接。2.如权利要求1所述的大尺寸晶体的生长装置，其特征在于：所述加热器(4)为石墨电阻加热器，所述低频电磁搅拌器(5)和中频加热器(6)为一体式结构的电磁加热线圈，所述炉腔(1)侧壁上设置有碳毡保温层。3.如权利要求1所述的大尺寸晶体的生长装置，其特征在于：所述加热器...

【专利技术属性】
技术研发人员：季泳，
申请(专利权)人：贵州皓天光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：贵州;52