一种用于区域提纯的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种用于区域提纯的装置，属于光电材料技术领域。本发明专利技术所述装置包括移动加热设备、背景加热带、石英管以及石英舟，主要是通过在石英管表面缠绕背景加热带，为锭条提供一个恒定的温度，从而有利于缩短每个熔区形成的时间，进而大大缩短整个区域提纯过程的时间；由于背景加热带的存在，改变了区域提纯过程温场变化的方式，相应地改善了区域提纯的效率，从而提高了锭条的利用率；再者，将石英舟两端设计成半圆锥形，有利于降低区域提纯过程中石英舟的破损率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于区域提纯的装置
本技术涉及一种用于区域提纯的装置，属于光电材料

技术介绍
锑化铟是Ⅲ-Ⅴ蔟化合物半导体中禁带宽度最窄，迁移率最大的材料，其物理、化学性能稳定，被广泛应用于红外探测器及霍尔器件等方面。红外探测器的量子效率与选用的红外敏感材料密切相关，而锑化铟在3μm～5μm波段具有很高的量子效率，加上锑化铟在制备红外探测器上拥有低成本，锑化铟红外探测器以其在军事方面的重要应用及在民用方面的广泛前景，引起了越来越广泛的关注。另外，为了适应锑化铟红外焦平面列阵器件向大规模发展的趋势，同时，为了降低红外探测器器件研制成本并提高生产效率，国内外一直在研究发展大尺寸锑化铟单晶生长技术。目前锑化铟单晶生长主要采用常规的Czochralski(切克劳斯基)法生长，即先将购买的铟和锑熔化并凝固制备成锑化铟多晶材料，再以锑化铟多晶材料为原料进行锑化铟单晶的制备。由于购买的锑和铟的纯度为6N，锑和铟本身所含有的杂质以及工艺操作过程中引入的杂质，会导致合成后的锑化铟多晶材料中不仅含有较多的杂质，而且杂质的分布也不理想，然而杂质的存在对锑化铟单晶的性能具有重要的影响，因此，在进行锑化铟单晶生长之前需要对所制备的锑化铟多晶材料进行提纯。一般采用区域提纯法除去锑化铟多晶材料中的杂质元素，提纯后锑化铟多晶材料的载流子浓度N≤1×1014cm-3(77K)，电子迁移率u≥5×105/V·S(77K)。一块含有杂质的材料，经熔化后再慢慢凝固，则固体中各部分的杂质浓度并不相同，这就是分凝现象。区域提纯也属于分凝现象，只是在操作过程中把锭条的一部分熔化成一熔区，而不是使整个锭条全都熔化，然后把熔区从锭的一端移动到另一端(一般是保持熔区长度不变)，即完成一次提纯，经过数十次的区域提纯后，分布系数大于1的p型杂质集中锭条的头部(即区域提纯首先通过的区域)，分布系数小于1的n型杂质集中于锭条的尾部(即区域提纯最后通过的区域)，而锭条的中部p型和n型杂质含量都很低，则把杂质浓度高的部分除去，保留杂质浓度低的部分，便达到提纯的目的。目前，区域提纯方法所采用的装置包括加热设备、移动设备、石英管和石英舟等部分。区域提纯需要使熔区相对于锭条移动，为此，既可以通过移动设备使锭条移动，也可以通过移动设备使加热设备移动；石英舟是锭条的主要载体，放置在石英管内部；为了避免锭条在区域提纯过程中发生氧化，石英管中要充入保护气体。但是采用上述装置进行区域提纯的时间较长。
技术实现思路
为了缩短区域提纯的时间，本技术的目的在于提供一种用于区域提纯的装置，主要是在石英管的外表面上缠绕带状电炉丝，为锭条提供一个恒定的温度，有利于缩短每个熔区的形成时间，从而大大缩短整个区域提纯过程的时间，并且有利于提高锭条的利用率。本技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种用于区域提纯的装置，所述装置包括移动加热设备、背景加热带、石英管以及石英舟。所述背景加热带为带状电炉丝。背景加热带缠绕在石英管表面，石英舟置于密封且充有保护气体的石英管中，待提纯的锭条放在石英舟中，移动加热设备由石英管的一端到另一端进行往复运动，实现对锭条不同区域进行加热。缠绕背景加热带的石英管区域长度大于石英舟的长度，石英管表面上相邻两条背景加热带之间的距离大于零，间距优选为背景加热带的宽度。进一步的，所述石英舟的两端加工成半圆锥形，圆锥的轴与圆锥的母线之间的夹角为22°～25°，能够降低区域提纯过程中石英舟的破损率。在对锑化铟进行区域提纯过程时，背景加热带使石英管表面温度达到250℃～300℃；石英舟倾斜放置在石英管中，石英舟的一端比另一端高10°～15°。有益效果：本技术所述的装置中，缠绕在石英管外表面上的背景加热带能够为锭条提供一个恒定的温度，有利于缩短每个熔区的形成时间，从而大大缩短整个区域提纯过程的时间；同时，背景加热带改变了常规区域提纯过程温场变化的方式，由于不同的温场变化方式对应不同的区域提纯效率，则背景加热带的存在提高了锭条的利用率。另外，将石英舟的两端设计成半圆锥形，并降低石英舟舟身的高度，有利于减小或者消除材料在区域提纯过程中对石英舟的压力，达到保护石英舟的目的，从而降低区域提纯过程中石英舟的破损率。附图说明图1是本技术所述用于区域提纯的装置结构示意图。图2是两端为半球形的石英舟的俯视图。图3是两端为半圆锥形的石英舟的俯视图。其中，1-石英管，2-石英舟，3-背景加热带，4-移动加热设备，5-锭条，6-熔区。具体实施方式下面结合具体实施方式对本技术做进一步说明。实施例1一种用于区域提纯的装置，所述装置包括移动加热设备4、背景加热带3、石英管1以及石英舟2，如图1所示；所述石英舟2的两端加工成半球形，石英舟2的周身高度为25mm，如图2所示；所述背景加热带3为带状电炉丝，宽度为10mm，厚度为0.5mm；所述移动加热设备4为移动电阻炉；背景加热带3均匀地缠绕在石英管1表面，石英管1上相邻两条背景加热带3之间的间距为10mm，缠绕背景加热带3的石英管1区域长度大于石英舟2的长度；石英舟2置于密封且充有保护气体的石英管1中，待提纯的锭条5放在石英舟2中，移动加热设备4由石英管1的一端到另一端进行往复运动，实现对锭条5不同区域进行加热。采用本实施例所述的装置对锑化铟材料进行区域提纯时，具体步骤如下：(1)将纯度为6N的铟和锑按照1:1的摩尔比进行配料，将二者的混合物放在石英舟2内，再转移至充有氢气且密封的石英管1中，加热使石英舟2内的固体完全熔化，并保温5h确保锑和铟混合均匀，再进行凝固成锭条，得到锑化铟多晶材料；(2)将锑化铟多晶材料的锭条5放在石英舟2中，再将石英舟2倾斜放置石英管1的中部，石英舟2的一端比另一端高10°；然后对石英管1进行抽真空，并充入氢气，最后进行密封；(3)对背景加热带3通电，使石英管1的表面温度达到300℃，同时使用移动加热设备4由石英管1的一端开始对锭条5进行加热(移动加热设备4的加热温度为530℃)，使锭条5上产生一个熔区6后，改变移动加热设备4的位置，移动加热设备4由石英管1的一端移动到另一端，即完成一次提纯；完成20次提纯后，停止背景加热带3和移动加热设备4工作，待降至室温后，从石英管1中取出锭条5；(4)除去锭条5两端杂质含量高的部分，保留载流子浓度N≤1×1014cm-3(77K)，电子迁移率u≥5×105/V·S(77K)的锭条5部分，此部分锭条5可作为锑化铟单晶生长的原料。本实施例中，20天完成20次提纯，在整个提纯过程中共使用3只石英舟2；提纯后，87wt.％的锭条可用于锑化铟单晶生长的原料。实施例2将实施例1中两端为半球形且高度为25mm的石英舟2替换为两端为半圆锥形且高度为10mm的石英舟2，半圆锥的轴与圆锥的母线之间的夹角为22.5°，如图3所示；其他条件不变，与实施例1相同，对锑化铟多晶材料进行提纯。本实施例中，20天完成20次提纯，在整个提纯过程中共使用2只石英舟2；提纯后，90wt.％的锭条可用于锑化铟单晶生长的原料。对比例1除了不使用背景加热带3外，其他条件与实施例1相同，对锑化铟多晶材料进行提纯。本对比例中，30天完成20次提纯，在整个提纯过程中共使用4只石英舟2；提纯后，80wt.％的锭条可用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于区域提纯的装置，其特征在于：所述装置包括移动加热设备(4)、背景加热带(3)、石英管(1)以及石英舟(2)；所述背景加热带(3)为带状电炉丝；背景加热带(3)缠绕在石英管(1)表面，石英舟(2)置于密封且充有保护气体的石英管(1)中，待提纯的锭条(5)放在石英舟(2)中，移动加热设备(4)由石英管(1)的一端到另一端进行往复运动，实现对锭条(5)不同区域进行加热；其中，缠绕背景加热带(3)的石英管(1)区域长度大于石英舟(2)的长度，石英管(1)表面上相邻两条背景加热带(3)之间的距离大于零。

【技术特征摘要】
1.一种用于区域提纯的装置，其特征在于：所述装置包括移动加热设备(4)、背景加热带(3)、石英管(1)以及石英舟(2)；所述背景加热带(3)为带状电炉丝；背景加热带(3)缠绕在石英管(1)表面，石英舟(2)置于密封且充有保护气体的石英管(1)中，待提纯的锭条(5)放在石英舟(2)中，移动加热设备(4)由石英管(1)的一端到另一端进行往复运动，实现对锭条(5)不同区域进行加热；其中，缠绕背景加热带(3)的石英管(1)区域长度大于石英舟(2)的长度，石英管(1)表面上相邻两条背景加...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶薇，陈建才，刘世能，孙祥乐，信思树，李秋妍，李忠良，太云见，赵鹏，黄晖，
申请(专利权)人：云南北方昆物光电科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：云南,53