用于布里奇曼晶体生长炉中的籽晶保护装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及用于布里奇曼晶体生长炉中的籽晶保护装置，所述的籽晶保护装置包括套设于籽晶槽外的保护套筒、分别连接于保护套筒两侧的进气管和出气管、以及与进气管连接的冷却风供给设备，所述的保护套筒包括保护套筒体及位于保护套筒体中部的用于放置籽晶槽的第一腔室，所述的第一腔室上方开口且它的形状、大小与籽晶槽的形状、大小相匹配；所述的保护套筒体还包括环绕第一腔室)外周设置的用于储存气体的第二腔室，它引入通有冷却气体的籽晶保护装置，由于籽晶大部分在冷却保护氛围下，能保持上端轻微熔化而下端温度低不被熔化，提高了晶体生长过程中籽晶熔接的质量和成功率，保证了后续晶体生长过程的择优取向生长及晶体生长质量。

【技术实现步骤摘要】
用于布里奇曼晶体生长炉中的籽晶保护装置
本技术涉及单晶生长
，特别是用于布里奇曼晶体生长炉中的籽晶保护装置。
技术介绍
布里奇曼晶体生长法(Bridgmancrystalgrowthmethod)，是一种从熔体中生长晶体的常用方法，由Bridgman于1925年提出。布里奇曼晶体生长炉，一般有高温区、低温区，以及高低温区之间形成具有一定温度梯度的梯度区。将晶体生长用的原料装在坩埚中，置于略高于原料熔点的高温炉区，坩埚中原料在过热条件下成熔融状态，形成均匀过热熔体。然后通过炉体的运动或坩埚的移动，使坩埚由高温区穿过梯度区向低温区移动。坩埚底部的熔体进入梯度区后温度先达到原料熔点以下，材料开始结晶，晶体随着坩埚的移动而持续长大。结晶界面沿着与其运动相反的方向定向生长，实现晶体生长过程的连续进行。根据材料的性质，选择不同的加热器件，可以选用电阻炉或者高频炉。根据加热温区的不同，又可以分为两温区炉，三温区、五温区炉等。根据需要，坩埚可以是竖直状态，也可以是水平状态，分别称为垂直布里奇曼法(VerticalBridgman)和水平布里奇曼法(HorizontalBridgman)。布里奇曼晶体生长一般是在密闭条件下生长的，整个晶体生长过程是无法观察的，只有等晶体退火降温至室温取出后才知道晶体生长得成功还是失败。晶体生长过程，经过前期的升温化料(1～2天)、晶体自发成核或者籽晶引晶接种(1-3天)、放肩生长、等径生长，以及最后的退火降温五个步骤，一般需要一个月甚至两三个月的时间。因此，前期的自发成核或者籽晶接种工艺，无疑是最关键的步骤。由于晶体生长一般需要特定方向，自发成核淘汰处特定方向的单晶方向或籽晶成功引晶形成与优选的籽晶方向一致的晶体生长方向，决定了后续晶体生长过程的成败！传统的布里奇曼法，主要通过调整加热器的功率来保护籽晶和控制籽晶引晶来实现的，籽晶或者全部被熔化或者是均未被熔化，难于精确控制籽晶处于不熔不长特别是籽晶引晶需要的轻微熔化的技术要求。
技术实现思路
本技术提供用于布里奇曼晶体生长炉中的籽晶保护装置，该装置不仅能有效地保护籽晶不被熔化，从而实现晶体生长中所需要的籽晶轻微熔化的籽晶引晶技术，还能进一步精准控制冷却温度，实现籽晶生长的精密控制。本技术的技术方案如下：用于布里奇曼晶体生长炉中的籽晶保护装置，所述的布里奇曼晶体生长炉包括炉膛和置于炉膛内且底端设有籽晶槽的坩埚，其特征在于：所述的籽晶保护装置包括套设于籽晶槽外的保护套筒、分别连接于保护套筒两侧的进气管和出气管、以及与进气管连接的冷却风供给设备，所述的保护套筒包括保护套筒体及位于保护套筒体中部的用于放置籽晶槽的第一腔室，所述的第一腔室上方开口且它的形状、大小与籽晶槽的形状、大小相匹配；所述的保护套筒体还包括环绕第一腔室)外周设置的用于储存气体的第二腔室、及设于第二腔室两端的进气口和出气口，所述的进气管连接于进气口，所述的出气管连接于出气口。所述的布里奇曼晶体生长炉还包括能带动坩埚上下移动的升降装置，所述炉膛包括上炉膛和下炉膛,所述的上炉膛的温度高于下炉膛的温度。使用时，将籽晶装入籽晶槽中，将多晶原料装入坩埚中，将坩埚的籽晶槽安放在籽晶保护器的中心后放置在布里奇曼单晶炉的高温炉区化料的位置；由籽晶保护装置的输气管通入冷却气体或流体保护籽晶，然后开始加热使原料熔化，设置布里奇曼晶体生长炉的程序，使得坩埚连同籽晶保护器一起从上方的高温炉区缓慢往下方的低温炉区下降，坩埚内的熔体从籽晶与熔体的熔接处往熔体的方向开始生长成单晶，直至所有熔体结晶成单晶；控制加热器的功率，晶体退火降温直至室温，晶体生长过程完成。为了更好地保护籽晶，使它不仅不融化，而且不容易因为温度差异较大，而产生内部缺陷，所述的第二腔室呈上面大、下面小设置。使接近下炉膛的部分腔室更小，从而使下部籽晶温度变化更小，不易产生内部缺陷。所述的籽晶槽外壁上设有热传感器，所述的进气口内设有流量控制装置，所述的籽晶保护装置还包括分别与热传感器、流量控制装置连接以根据热传感器检测的温度调节通过流量控制装置进入第二腔室的气体流量大小的主控制器，进而调节控制籽晶槽的温度。使用时，热传感器将温度传送到主控制器，然后主控制器根据热传感器传送的温度控制流量控制装置的冷却风的流量。通过流量计控制冷却气体或者流体的流量，控制单晶炉加热功率使得籽晶在与多晶料熔体的熔接处处于不熔不长或者轻微熔化状态，通过籽晶保护器上方与籽晶槽接触的热偶监控籽晶槽的温度，该温度称为接种温度。较之现有技术，本技术的有益效果：本技术引入通有冷却气体的籽晶保护装置，由于籽晶大部分在冷却保护氛围下，能保持上端轻微熔化而下端温度低不被熔化，精确地控制籽晶的引晶过程，提高了晶体生长过程中籽晶熔接的质量和成功率，保证了后续晶体生长过程的择优取向生长及晶体生长质量。还能精准控制的冷却温度，实现精密控制。该方法简单可靠，重复性好，自动化程度高，有利于晶体生长的规模化和产业化。附图说明图1是本技术实施例1的结构示意图。图2是本技术实施例1的剖视示意图。图3是本技术实施例2的结构示意图。图4是本技术实施例2的剖视示意图。图5本技术的使用状态参考图。图6是热传感器、流量控制装置和主控制器的工作框图。其中，附图标记说明如下：1-保护套筒，1-1-第一腔室，1-2-保护套筒体，1-21-第二腔室，1-22-进气口，1-23-出气口，2-进气管，3-出气管，4-上炉膛，5-下炉膛，6-坩埚，61-籽晶槽，7-升降装置，8-热传感器，9-流量控制装置，10-主控制器，11-冷却风设备。具体实施方式实施例1如图1、2、5所示，用于布里奇曼晶体生长炉中的籽晶保护装置，所述的布里奇曼晶体生长炉包括炉膛和置于炉膛内且底端设有籽晶槽61的坩埚6，其特征在于：所述的籽晶保护装置包括套设于籽晶槽61外的保护套筒1、分别连接于保护套筒1两侧的进气管2和出气管3、以及与进气管2连接的冷却风供给设备11，所述的保护套筒1包括保护套筒体1-2及位于保护套筒体1-2中部的用于放置籽晶槽的第一腔室1-1，所述的第一腔室1-1上方开口且它的形状、大小与籽晶槽61的形状、大小相匹配；所述的保护套筒体1-2还包括环绕第一腔室1-1外周设置的用于储存气体的第二腔室1-21、及设于第二腔室1-21两端的进气口1-22和出气口1-23，所述的进气管2连接于进气口1-22，所述的出气管3连接于出气口1-23。所述的布里奇曼晶体生长炉还包括能带动坩埚6上下移动的升降装置7，所述炉膛包括上炉膛4和下炉膛5,所述的上炉膛4的温度高于下炉膛5的温度。使用时，将籽晶装入籽晶槽中，将多晶原料装入坩埚中，将坩埚的籽晶槽安放在籽晶保护器的中心后放置在布里奇曼单晶炉的高温炉区化料的位置；由籽晶保护装置的输气管通入冷却气体或流体保护籽晶，然后开始加热使原料熔化，设置布里奇曼晶体生长炉的程序，使得坩埚连同籽晶保护器一起从上方的高温炉区缓慢往下方的低温炉区下降，坩埚内的熔体2从籽晶与熔体的熔接处往熔体的方向开始生长成单晶，直至所有熔体结晶成单晶；控制加热器的功率，晶体退火降温直至室温，晶体生长过程完成。所述的籽晶槽61外壁上设有热传感器8，所述的进气口1-22内设有流量控本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于布里奇曼晶体生长炉中的籽晶保护装置，所述的布里奇曼晶体生长炉包括炉膛和置于炉膛内且底端设有籽晶槽(61)的坩埚(6)，其特征在于：所述的籽晶保护装置包括套设于籽晶槽(61)外的保护套筒(1)、分别连接于保护套筒(1)两侧的进气管(2)和出气管(3)以及与进气管(2)连接的冷却风供给设备(11)，所述的保护套筒(1)包括保护套筒体(1‑2)及位于保护套筒体(1‑2)中部的用于放置籽晶槽的第一腔室(1‑1)，所述的第一腔室(1‑1)上方开口且它的形状、大小与籽晶槽(61)的形状、大小相匹配；所述的保护套筒体(1‑2)还包括环绕第一腔室(1‑1))外周设置的用于储存气体的第二腔室(1‑21)、及设于第二腔室(1‑21)两端的进气口(1‑22)和出气口(1‑23)，所述的进气管(2)连接于进气口(1‑22)，所述的出气管(3)连接于出气口(1‑23)。

【技术特征摘要】
1.用于布里奇曼晶体生长炉中的籽晶保护装置，所述的布里奇曼晶体生长炉包括炉膛和置于炉膛内且底端设有籽晶槽(61)的坩埚(6)，其特征在于：所述的籽晶保护装置包括套设于籽晶槽(61)外的保护套筒(1)、分别连接于保护套筒(1)两侧的进气管(2)和出气管(3)以及与进气管(2)连接的冷却风供给设备(11)，所述的保护套筒(1)包括保护套筒体(1-2)及位于保护套筒体(1-2)中部的用于放置籽晶槽的第一腔室(1-1)，所述的第一腔室(1-1)上方开口且它的形状、大小与籽晶槽(61)的形状、大小相匹配；所述的保护套筒体(1-2)还包括环绕第一腔室(1-1))外周设置的用于储存气体的第二腔室(1-21)、及设于第二腔室(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志城，魏建德，方声浩，伍崇能，
申请(专利权)人：厦门中烁光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：福建,35