籽晶保护装置及单晶生长方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种籽晶保护装置及单晶生长方法。该籽晶保护装置，包括：石英舟，包含：石英舟本体，用于存放晶体原料；以及籽晶引入通道，包含：通道弧形部分，用于存放籽晶和/或作为籽晶的滑入通道，该通道弧形部分高于熔融后的晶体原料所在的水平线；以及凹槽，与通道弧形部分相连、位于籽晶引入通道的出口处；其中，在通道弧形部分放置籽晶的位置前方设置有一阻挡物，防止籽晶自行滑落；或者该籽晶引入通道还包括一水平段，该水平段与通道弧形部分的顶部相连，在该水平段中放置籽晶，使籽晶无法自发滑落；当触发籽晶的滑落条件时，籽晶能够沿着通道弧形部分滑动至凹槽中。该装置保证了籽晶使用前的有效隔离，提高了单晶形成率。

Seed protection device and single crystal growth method

The invention discloses a seed crystal protection device and a monocrystalline growth method. The seed crystal protection device comprises a quartz boat, comprising a quartz boat body for storing crystal raw materials, and a seed crystal introduction channel, comprising: an arc portion of the channel for storing seed crystals and/or a slide-in channel as seed crystals, the arc portion of the channel being higher than the horizontal line of the molten crystal raw material; and a groove, A barrier is arranged in front of the position where the seed crystal is placed in the arc part of the passage to prevent the seed crystal from sliding by itself; or the seed crystal introduction passage includes a horizontal section which is connected with the top of the arc part of the passage in the horizontal section. The seed crystals are placed so that the seed crystals can not slide spontaneously; when the seed crystals are triggered to slide, the seed crystals can slide along the arc part of the channel into the groove. The device ensures the effective isolation of the seed before use and improves the formation rate of the single crystal.

【技术实现步骤摘要】
籽晶保护装置及单晶生长方法
本公开属于晶体生长
，涉及一种籽晶保护装置及单晶生长方法。
技术介绍
所谓单晶(singlecrystal)，即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。单晶整个晶格是连续的，具有重要的工业应用。单晶生长制备方法大致可以分为气相生长、溶液生长、水热生长、熔盐法、熔体法。最常见的技术有提拉法、坩埚下降法、区熔法、定向凝固法等。目前传统单晶生长方法多采用垂直方向的相对运动实现，但由于晶体质量大，尤其是在制作化合物单晶过程中，其化学配比无法保持稳定，容易引起杂质分凝，界面凹陷影响容易出现结晶质量不好、结晶不均匀等缺陷，而单晶水平生长方法出现于上个世纪，其晶体生长批量小，无法大规模商业化生产而弃用，近年来，由于科研实验等方面的需求，该方法又再一次被重视，该方法在生长单晶过程中化学配比稳定，杂质分凝现象减少，结晶速率较慢，所生产的单晶内部应力小，晶格排列结构完整，且由于不存在内部搅拌，使得产出的晶体界面更加平直，晶片的水平均匀性良好。单晶水平生长方法常采用传统的水平加热炉生长，加热炉及内部陶瓷管保持水平，加热器由环绕陶瓷管的加热电阻组成，通常分为2-4个温控器，以形成温度梯度分布的控温区。加热炉中放置石英管，石英管放置石英舟后密封，位于石英舟的熔融体降温结晶时，温度控制通常分为两种方法：第一种方法，保持内部空间温度呈梯度分布且温度不随时间改变，通过水平移动位于加热炉石英管中的石英舟，石英舟依次进入温度不同的梯度温场，以使得石英舟中的熔融体由低温端开始降温并结晶，至石英舟内部的熔融体全部结晶完毕；第二种方法，保持内部空间温度呈梯度分布且保持石英舟位置不变，通过温控器同步降温，使得内部温度整体同步降低，石英舟中的熔融体的低温端在达到结晶温度时开始结晶，至石英舟内部的熔融体全部结晶完毕。使用上述两种单晶水平生长方法时，加入籽晶可大幅度提高晶体成核率及结晶质量，籽晶通常位于石英舟一端，且在原料升温熔化后的保温阶段与原料的熔融体相接触，由于热传导，籽晶获得了较高的温度导致熔化，使得熔融体与籽晶的接触界面不稳定，增加了多晶出现的概率，降低了单晶晶体的结晶质量。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种籽晶保护装置及单晶生长方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种籽晶保护装置，包括：石英舟，包含：石英舟本体，具有凹腔结构，用于存放晶体原料；以及籽晶引入通道，与凹腔结构的一端相连通，包含：通道弧形部分，用于存放籽晶和/或作为籽晶的滑入通道，该通道弧形部分高于熔融后的晶体原料所在的水平线；以及凹槽，与通道弧形部分相连、位于籽晶引入通道的出口处，用于容纳从通道弧形部分滑入的籽晶；其中，在通道弧形部分放置籽晶的位置前方设置有一阻挡物，防止籽晶自行滑落；或者该籽晶引入通道还包括一水平段，该水平段与通道弧形部分的顶部相连，在该水平段中放置籽晶，使籽晶无法自发滑落；当触发籽晶的滑落条件时，籽晶能够沿着通道弧形部分滑动至凹槽中。在本公开的一些实施例中，籽晶保护装置，还包括：石英管；其中，石英舟置于该石英管内部，在石英管外设置有温度控制装置，从左至右分别为：高温区加热器、中温区加热器、以及低温区加热器，控制石英管内的温度梯度分布区间分别为：高温区、中温区、以及低温区，其中，石英舟本体处于高温区和中温区，而籽晶的放置位置处于低温区，在晶体原料从固态转变为熔融态的过程中，阻挡物为固态，籽晶为固态且不会滑落。在本公开的一些实施例中，触发籽晶的滑落条件包括：阻挡物消失；或者石英舟倾斜，使籽晶由水平段滑入通道弧形部分。在本公开的一些实施例中，阻挡物为晶体原料化合物中的某一元素形成的单质。在本公开的一些实施例中，石英舟本体的形状包括如下形状中的一种或组合：纵切的半胶囊状、纵切的半圆柱体状、以及独木舟状；和/或石英舟本体的纵向长度介于10cm-25cm之间，横截面积介于10cm2-20cm2之间；和/或籽晶引入通道与石英舟本体的材料相同。在本公开的一些实施例中，凹槽的长度大于籽晶的长度或与籽晶的长度一致；和/或凹槽的长度介于3cm-5cm之间。在本公开的一些实施例中，通道弧形部分的弧长大于10cm；和/或通道弧形部分的最低点与最高点之间的连线与水平线夹角介于10°～30°之间。在本公开的一些实施例中，晶体原料包括如下材料中的一种：由II、III、IV族、V族、VI族元素构成的一元单质、二元半导体化合物、三元半导体化合物或多元半导体化合物。根据本公开的另一个方面，提供了一种单晶生长方法，基于本公开提到的任一种籽晶保护装置进行单晶的生长，包括：准备籽晶和晶体原料：预先将籽晶放置于籽晶引入通道中，将晶体原料放置于石英舟本体中；然后将石英舟放置于石英管中，进行密封；利用温度控制装置实现对密封的石英管进行温度区间的控制，调节高温区、中温区、低温区的温度使石英管内温度保持梯度分布，并使晶体原料达到熔融状态、籽晶保持固体状态且不滑落；在晶体原料熔融之后保温预定时间，然后触发籽晶的滑落条件，使籽晶沿通道弧形部分滑动至凹槽处，籽晶与熔融体相接触；以及控制温度，使得石英管内温度保持梯度分布并同步降温，进行单晶生长直至结晶完成。在本公开的一些实施例中，籽晶放置于籽晶引入通道中，包括：在通道弧形部分放置籽晶的位置前方设置有一阻挡物，籽晶放置于阻挡物后方；或者该籽晶引入通道还包括一水平段，该水平段与通道弧形部分的顶部相连，籽晶放置于该水平段中；籽晶保持固体状态且不滑落包括：籽晶前方设置有阻挡物，低温区的温度使得阻挡物和籽晶同时保持固态，达到籽晶保持固态且不滑落的效果；或者籽晶处于籽晶引入通道的水平段，低温区的温度使得籽晶保持固态，达到籽晶保持固态且不滑落的效果；在晶体原料熔融之后保温预定时间，触发籽晶的滑落条件包括：通过调节低温区的温度，该温度能够使阻挡物实现挥发和/或熔化，而籽晶仍保持固态，从而使籽晶沿通道弧形部分滑动至凹槽处，籽晶与熔融体相接触；或者使用外力倾斜石英舟，使籽晶从水平段沿通道弧形部分滑动至凹槽处，籽晶与熔融体相接触。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的籽晶保护装置及单晶生长方法，具有以下有益效果：(1)通过在石英舟装有晶体原料的籽晶入口处一侧设置一籽晶引入通道，该籽晶引入通道包括凹槽和通道弧形部分，在通道弧形部分的顶部放置籽晶，通过在通道弧形部分的顶部设置一阻挡物阻挡籽晶，或者籽晶引入通道还包括一水平段，该水平段与通道弧形部分的顶部相连，在水平段中放置籽晶，在达到触发籽晶滑落的条件时，籽晶能沿着通道弧形部分平稳滑动至凹槽处，既保证了籽晶使用前的有效隔离，使得单晶生长过程中的固体原料或熔融体在升温和恒温阶段不与籽晶接触，大幅度减弱了热传导，避免了籽晶的过度熔化，提高了单晶形成率，并使得石英舟本体区域温度区间变化范围更大，允许以更高的温度、更快的加热速率对石英舟本体中的固体原料或熔融体进行加热及恒温操作，而不会影响籽晶；又实现了籽晶滑落停止的位置的有效定位，保证了籽晶前端横截面与熔融体的充分接触；(2)通道弧形部分的存在及其合理曲率的设置使得仅需较小的外力或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种籽晶保护装置，包括：石英舟，包含：石英舟本体，具有凹腔结构，用于存放晶体原料；以及籽晶引入通道，与凹腔结构的一端相连通，包含：通道弧形部分，用于存放籽晶和/或作为籽晶的滑入通道，该通道弧形部分高于熔融后的晶体原料所在的水平线；以及凹槽，与通道弧形部分相连、位于籽晶引入通道的出口处，用于容纳从通道弧形部分滑入的籽晶；其中，在通道弧形部分放置籽晶的位置前方设置有一阻挡物，防止籽晶自行滑落；或者该籽晶引入通道还包括一水平段，该水平段与通道弧形部分的顶部相连，在该水平段中放置籽晶，使籽晶无法自发滑落；当触发籽晶的滑落条件时，籽晶能够沿着通道弧形部分滑动至凹槽中。

【技术特征摘要】
1.一种籽晶保护装置，包括：石英舟，包含：石英舟本体，具有凹腔结构，用于存放晶体原料；以及籽晶引入通道，与凹腔结构的一端相连通，包含：通道弧形部分，用于存放籽晶和/或作为籽晶的滑入通道，该通道弧形部分高于熔融后的晶体原料所在的水平线；以及凹槽，与通道弧形部分相连、位于籽晶引入通道的出口处，用于容纳从通道弧形部分滑入的籽晶；其中，在通道弧形部分放置籽晶的位置前方设置有一阻挡物，防止籽晶自行滑落；或者该籽晶引入通道还包括一水平段，该水平段与通道弧形部分的顶部相连，在该水平段中放置籽晶，使籽晶无法自发滑落；当触发籽晶的滑落条件时，籽晶能够沿着通道弧形部分滑动至凹槽中。2.根据权利要求1所述的籽晶保护装置，还包括：石英管；其中，所述石英舟置于该石英管内部，在石英管外设置有温度控制装置，从左至右分别为：高温区加热器、中温区加热器、以及低温区加热器，控制石英管内的温度梯度分布区间分别为：高温区、中温区、以及低温区，其中，石英舟本体处于高温区和中温区，而籽晶的放置位置处于低温区，在晶体原料从固态转变为熔融态的过程中，阻挡物为固态，籽晶为固态且不会滑落。3.根据权利要求1所述的籽晶保护装置，其中，所述触发籽晶的滑落条件包括：阻挡物消失；或者石英舟倾斜，使籽晶由水平段滑入通道弧形部分。4.根据权利要求1所述的籽晶保护装置，其中，所述阻挡物为晶体原料化合物中的某一元素形成的单质。5.根据权利要求1所述的籽晶保护装置，其中：所述石英舟本体的形状包括如下形状中的一种或组合：纵切的半胶囊状、纵切的半圆柱体状、以及独木舟状；和/或所述石英舟本体的纵向长度介于10cm-25cm之间，横截面积介于10cm2-20cm2之间；和/或所述籽晶引入通道与石英舟本体的材料相同。6.根据权利要求1所述的籽晶保护装置，其中：所述凹槽的长度大于籽晶的长度或与籽晶的长度一致；和/或所述凹槽的长度介于3cm-5cm之间。7.根据权利要求1所述的籽晶保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：白永彪，赵有文，沈桂英，董志远，刘京明，谢晖，余丁，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11