一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置，其特征在于：包括内部设置热区的工作缸（2），置于所述的热区中的生成直径为200～400mm或更大规格的相应尺寸的氮化镓单晶生长容器（3），所述的热区分隔为分别对应加热所述的氮化镓单晶生长容器（3）的结晶区和溶解区的上加热区和下加热区，所述的氮化镓单晶生长容器（3）里面的挡板（18）位置相应的热区设置使挡板（18）上下区域产生适合氨热法生成氮化镓单晶制品的阶跃性温差的中隔热环（16），同时改善氮化镓单晶生长容器3即高压釜的工作应力为压应力，这样能增大整体锻造氮化镓单晶生长容器（3）规格尺寸，生长出直径为200～400mm，甚至更大规格的氮化镓单晶制品。

【技术实现步骤摘要】
一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置
本专利技术涉及一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置,尤其涉及一种适合氨热法生成大规格氮化镓单晶制品或大批量生成氮化镓单晶制品的热等静压装置。
技术介绍
第三代半导体材料是以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、金刚石、氧化锌为代表的宽禁带半导体材料，是世界各国半导体领域研究的热点。氮化镓具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小等独特的性能，在光电子器件、电力电子、射频微波器件、激光器和探测器等方面具有广阔的市场前景。氮化镓单晶生长技术还处于发展阶段，目前主要的生成方法有氢化物气相外延法、高压氮气溶液法、氨热法和钠助熔剂法等，其中氨热法易于获得较大尺寸的氮化镓单晶，氨热法属于溶剂热法，是指在超临界状态或亚临界状态，或两种状态共存状态下的以氨为溶剂的结晶制造方法，氨热法生成晶体的重要设备是高压釜，属于A1级超高压容器，大尺寸氨热法氮化镓单晶制品，多采用籽晶温差法生长，即在高压釜中设置由挡板隔开的溶解区和结晶区，溶解区和结晶区建立稳定的温差，同时为了得到更多更均匀的晶体，要求溶解区和结晶区各自区域内又要保持尽量一致的温度，这就要求在挡板附近生成一个阶跃性温差。高压釜承受的工艺温度一般为400～650℃,工艺压力一般为100～200MPa,高压釜设计和制造均需国家质监总局许可，由于高压釜属于整体锻造式压力容器，且工作时间较长，保温阶段达20～80天，因此，受结构设计和工作应力的限制，很难做成大尺寸的高压釜，来生成直径为200～400mm规格、甚至更大规格的氮化镓单晶制品。专利技术内容为解决现有技术存在的受结构设计和工作应力的限制，很难做成大尺寸的高压釜，来生成直径为200～400mm规格、甚至更大规格的氮化镓单晶制品的问题，本专利技术提供一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置。本专利技术的一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置，其特征在于：包括内部设置热区的工作缸2，置于所述的热区中的生成直径为200～400mm或更大规格的相应尺寸的氮化镓单晶生长容器3，所述的热区分隔为分别对应加热所述的氮化镓单晶生长容器3的结晶区和溶解区的上加热区和下加热区，所述的氮化镓单晶生长容器3里面的挡板18位置相应的热区设置使挡板18上下区域产生适合氨热法生成氮化镓单晶制品的阶跃性温差的中隔热环16。进一步，所述的工作缸2包括内筒4、设置在内筒4上端的上端盖5和设置在内筒4下端的下端盖23，所述的内筒4内设置隔热工作台8和加热炉组件9，所述的氮化镓单晶生长容器3放置所述隔热工作台8上且置于所述加热炉组件9内。进一步，所述的加热炉组件9包括隔热屏12、上加热体13、下加热体14、上隔热环15、中隔热环16和下隔热环17，所述的隔热屏12倒杯式置于所述的隔热工作台8上，所述的上隔热环15、中隔热环16和下隔热环17间隔设置在所述的隔热屏12内且将热区分隔成上加热区和下加热区，所述的上加热区设置有上加热体13，所述的下加热区设置有下加热体14。进一步，所述的内筒4内的隔热屏12上方设置有上冷却套6，所述的隔热屏12下方的隔热工作台8外部设置有下冷却套7，所述的上冷却套6、下冷却套7、隔热屏12和隔热工作台8对上加热体13和下加热体14产生的热量进行约束屏蔽，形成一个能够满足氮化镓单晶生长温度要求的热区。进一步，所述的工作缸2外部装有气体增压器11，所述的气体增压器11通过管路向工作缸2内进行加压，形成所述的氮化镓单晶生长容器3要求的外部初始压力，所述的初始压力根据注入氮化镓单晶生长容器3中液氨的压力进行调整，在达到预期温度时实现氮化镓单晶生长容器3的内部工艺压力略低于外部工作压力。进一步，所述的初始压力调整到在达到预期温度时实现氮化镓单晶生长容器3的内部工艺压力略低于外部工作压力3～10MPa的压力值。进一步，所述的工作缸2外部装有通过管路对工作缸2的内筒4、上端盖5、下端盖23、上冷却套6和下冷却套7进行冷却的冷却水泵10。进一步，所述的氮化镓单晶生长容器3内设置压力测量传感器，压力测量传感器的信号线通过下端盖23引出工作缸2，并与装在工作缸2外的压力表连接。进一步，所述的工作缸2的内筒4外部由预应力钢丝缠绕，所述的工作缸2设置在机架1中，所述的机架1是由两侧的立柱和置于所述的立柱两端的半圆梁经预应力钢丝缠绕产生的压力连为一体形成，所述的机架1安装在机架座20上。进一步，所述的氮化镓单晶生长容器3通过升降料车21从所述的工作缸2的下端盖23处装取，所述的工作缸2通过与导轨座22连接的工作缸座19从机架1上装卸。本专利技术的一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置具有如下积极效果，利用热等静压装置，结合氨热法氮化镓单晶生长工艺技术，设计工作缸2热区，使得热区温度产生适合氨热法生成氮化镓单晶制品的阶跃性温差，同时工作缸2的初始压力根据注入氮化镓单晶生长容器3中液氨的压力进行调整，在达到预期温度时实现氮化镓单晶生长容器3的内部工艺压力略低于外部工作压力，这样改善了氮化镓单晶生长容器3即高压釜的工作应力，能增大整体锻造氮化镓单晶生长容器3规格尺寸，生长出直径为200～400mm，甚至更大规格的氮化镓单晶制品。附图说明图1是本专利技术一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置的结构示意图。图2是本专利技术一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置的工作缸的结构示意图。图3是本专利技术一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置的冷却介质流向示意图。图4是本专利技术一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置的工作缸的装卸示意图。图中：1.机架，2.工作缸，3.氮化镓单晶生长容器，4.内筒，5.上端盖，6.上冷却套，7.下冷却套，8.隔热工作台，9.加热炉组件，10.冷却水泵11.气体增压器，12.隔热屏，13上加热体，14.下加热体，15.上隔热环，16.中隔热环，17.下隔热环，18.挡板，19.工作缸座，20.机架座，21.升降料车，22.导轨座，23.下端盖。具体实施方式为进一步说明本专利技术的较佳实施例，并配合附图详述于后，以使对于本专利技术更易于了解。但以下所述仅为用来解释本专利技术的较佳实施例，并非企图据此对本专利技术做任何形式上的限制，凡是以本专利技术的创造精神为基础，所做的任何形式的修饰或变更，皆仍应属于本专利技术意图保护的范畴。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。热等静压技术是一种在密闭的超高压容器内，以氮气或氩气为传压介质，以电加热技术形成热区，在高温和高压的共同作用下，对制品进行处理。热等静压技术目前有粉末致密烧结、铸件致密化处理、扩散连接、浸渍碳化四大工艺应用，使用热等静压技术生成氮化镓单晶制品将成为热等静压技术的第五大工艺应用。图1和图2示出了本专利技术的一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置，其特征在于：包括内部设置热区的工作缸2，置于所述的热区中的生成直径为200～400mm或更大规格的相应尺寸的氮化镓单晶生长容器3，所述的热区分隔为分别对应加热所述的氮化镓单晶生长容器3的结晶区和溶解区的上加热区和下加热区，所述的氮化镓单晶生长容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置，其特征在于：包括内部设置热区的工作缸（2），置于所述的热区中的生成直径为200～400mm或更大规格的相应尺寸的氮化镓单晶生长容器（3），所述的热区分隔为分别对应加热所述的氮化镓单晶生长容器（3）的结晶区和溶解区的上加热区和下加热区，所述的氮化镓单晶生长容器（3）里面的挡板（18）位置相应的热区设置使挡板（18）上下区域产生适合氨热法生成氮化镓单晶制品的阶跃性温差的中隔热环（16）。

【技术特征摘要】
1.一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置，其特征在于：包括内部设置热区的工作缸（2），置于所述的热区中的生成直径为200～400mm或更大规格的相应尺寸的氮化镓单晶生长容器（3），所述的热区分隔为分别对应加热所述的氮化镓单晶生长容器（3）的结晶区和溶解区的上加热区和下加热区，所述的氮化镓单晶生长容器（3）里面的挡板（18）位置相应的热区设置使挡板（18）上下区域产生适合氨热法生成氮化镓单晶制品的阶跃性温差的中隔热环（16）。2.根据权利要求1所述的一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置，其特征在于：所述的工作缸（2）包括内筒（4）、设置在内筒（4）上端的上端盖（5）和设置在内筒（4）下端的下端盖（23），所述的内筒（4）内设置隔热工作台（8）和加热炉组件（9），所述的氮化镓单晶生长容器（3）放置所述隔热工作台（8）上且置于所述加热炉组件（9）内。3.根据权利要求2所述的一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置，其特征在于：所述的加热炉组件（9）包括隔热屏（12）、上加热体（13）、下加热体（14）、上隔热环（15）、中隔热环（16）和下隔热环（17），所述的隔热屏（12）倒杯式置于所述的隔热工作台（8）上，所述的上隔热环（15）、中隔热环（16）和下隔热环（17）间隔设置在所述的隔热屏（12）内且将热区分隔成上加热区和下加热区，所述的上加热区设置有上加热体（13），所述的下加热区设置有下加热体（14）。4.根据权利要求3所述的一种适合氨热法生成氮化镓单晶制品的热等静压装置，其特征在于：所述的内筒（4）内的隔热屏（12）上方设置有上冷却套（6），所述的隔热屏（12）下方的隔热工作台（8）外部设置有下冷却套（7），所述的上冷却套（6）、下冷却套（7）、隔热屏（12）和隔热工作台（8）对上加热体（13...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑革，吴小平，杨槐，张潇，张言平，张云，
申请(专利权)人：四川航空工业川西机器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51