一种去除籽晶残余应力的退火装置及退火方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于晶体材料制备技术领域，尤其涉及一种去除籽晶残余应力的退火装置及退火方法。为解决PVT法制备AlN籽晶过程中产生的残余应力容易造成晶体内大量裂纹和缺陷的问题，本发明专利技术提供了一种去除籽晶残余应力的退火装置及退火方法。该退火装置包括多层内坩埚、外坩埚、加热器、保温层、炉体外壳和感应线圈；多层内坩埚设于外坩埚内，加热器设于外坩埚外部两侧，保温层围设于外坩埚和加热器外周，炉体外壳围设于保温层外周，感应线圈设于炉体外壳外部两侧与加热器位置对应。该装置中多层内坩埚和外坩埚可拆卸，方便安装；能够一次大量同时退火多片氮化铝籽晶，消除籽晶内的残余应力，提升晶体质量，减少晶体内部裂纹及其他缺陷的产生。

【技术实现步骤摘要】
一种去除籽晶残余应力的退火装置及退火方法
本专利技术属于晶体材料制备
，尤其涉及一种去除籽晶残余应力的退火装置及退火方法。
技术介绍
在PVT法制备氮化铝籽晶过程中，无论是由外延生长出的AlN籽晶，还是由氮化铝晶体切片制备出来的籽晶，都会在单面或是双面上经过切磨倒角等工艺，这类切磨倒角工艺会在制备出来的籽晶表面甚至是内部形成大量的残余应力。这样的残余应力不但会导致籽晶在与坩埚盖粘接时粘接剂与晶片间形成裂纹，还会在晶体生长过程中因升温过程中不同材料热膨胀系数的差异造成晶体内大量的裂纹和缺陷，严重影响晶体的质量。
技术实现思路
为解决PVT法制备AlN籽晶过程中产生的残余应力容易造成晶体内大量裂纹和缺陷的问题，本专利技术提供了一种去除籽晶残余应力的退火装置及退火方法。本专利技术的技术方案：一种去除籽晶残余应力的退火装置，包括多层内坩埚、外坩埚、加热器、保温层、炉体外壳和感应线圈；所述多层内坩埚设于外坩埚内，所述加热器设于外坩埚外部两侧，所述保温层围设于外坩埚和加热器外周，所述炉体外壳围设于保温层外周，所述感应线圈设于炉体外壳外部两侧与加热器位置对应；所述多层内坩埚包括内坩埚顶盖、碳化钽片、籽晶支架、内坩埚隔环和内坩埚底盖，多个籽晶支架叠加设置在内坩埚底盖上，籽晶支架之间还设置有内坩埚隔环，相邻的两个籽晶支架和所夹持的内坩埚隔环形成一个夹持空间，所述夹持空间用于容纳背面相对放置的两片碳化钽片，所述碳化钽片正面粘接有籽晶，最上层碳化钽片上盖设有内坩埚顶盖。进一步的，所述外坩埚为外坩埚顶盖、压片隔环、隔筒和外坩埚底盖组成的封闭壳体，多层内坩埚分层堆叠放置于外坩埚壳体内。进一步的，所述压片隔环和隔筒内部设有1～4个轴向中空通孔，用于放置多层内坩埚。进一步的，所述保温层为顶部石墨保温层、侧部石墨保温层和底部石墨保温层组成的封闭保温层。进一步的，还包括托盘、坩埚支撑杆和坩埚旋转电机；所述托盘设于保温层内，所述外坩埚置于托盘上，托盘连接有所述坩埚支撑杆，所述坩埚支撑杆沿保温层和炉体外壳底部的开孔伸出，所述坩埚支撑杆与炉体外壳外部的坩埚旋转电机连接。一种去除籽晶残余应力的方法，步骤如下：步骤一、组装多层内坩埚：将籽晶粘接到碳化钽片正面，在内坩埚底盖上放置籽晶支架和内坩埚隔环，将两片碳化钽片背面相对放置在由籽晶支架和内坩埚隔环形成的容纳空间内，叠加放置籽晶支架、内坩埚隔环和粘接有籽晶的碳化钽片，在最上层碳化钽片上盖设内坩埚顶盖完成多层内坩埚的组装；步骤二、组装外坩埚：外坩埚底盖上放置压片隔环和隔筒，将完成组装的多层内坩埚置于压片隔环和隔筒的中空通孔中，在隔筒上封盖外坩埚顶盖组成封闭的外坩埚；步骤三、加热退火：将步骤二组装完成的外坩埚放置于加热器之间，组装顶部石墨保温层、侧部石墨保温层和底部石墨保温层，在外坩埚和加热器外形成封闭保温层，封闭炉体外壳，将退火装置内抽真空后充入氮气，使装置内部达到一定气压，加热至一定温度并保温一定时间即完成退火。进一步的，步骤二所述组装外坩埚时，将至少8个多层内坩埚分层堆叠放置于外坩埚内。进一步的，步骤三还包括将外坩埚放置于托盘上，托盘设置于加热器之间，托盘通过坩埚支撑杆与炉体外壳外部的坩埚旋转电机连接，使外坩埚在加热退火过程中保持旋转。进一步的，步骤三所述抽真空后装置内的真空度为10-5～10-4Pa；所述充入氮气的流量为50～1000mL/min，所述装置内部气压为200～700Torr。进一步的，所述加热温度为1900～2260℃，所述保温时间为10～100h。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的去除籽晶残余应力的退火装置能够一次大量同时退火多片氮化铝籽晶，并且可完整方便的取下每一片氮化铝籽晶。利用本专利技术提供的装置进行退火工艺处理，可以消除籽晶内的残余应力，提升晶体质量，减少晶体内部裂纹及其他缺陷的产生。本专利技术提供的去除籽晶残余应力的退火装置中，多层内坩埚和外坩埚由坩埚底盖、籽晶支架、隔环、隔筒、坩埚顶盖组装而成，方便双层坩埚的安装和拆卸。本专利技术进一步将加热器与坩埚分离，只单独旋转坩埚，减少了现有加热器在安装拆卸时的损耗，延长了加热器的使用寿命。附图说明图1为本专利技术一种去除籽晶残余应力的退火装置的剖面图；图2为多层内坩埚的剖面图；图3为外坩埚的剖面图；图4为隔筒横截面的俯视图；图5为实施例8AlN籽晶退火前拉曼测试结果图；图6为实施例8AlN籽晶退火后拉曼测试结果图；图中，1、多层内坩埚；101、内坩埚顶盖；102、碳化钽片；103、籽晶支架；104、内坩埚隔环；105、内坩埚底盖；106、籽晶；2、外坩埚；201、外坩埚顶盖；202、压片隔环；203、隔筒；204、外坩埚底盖；3、加热器；4、保温层；401、顶部石墨保温层；402、侧部石墨保温层；403、底部石墨保温层；5、炉体外壳；6、感应线圈；7、托盘；8、坩埚支撑杆；9、坩埚旋转电机。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。实施例1本实施例提供了一种去除籽晶残余应力的退火装置，包括多层内坩埚1、外坩埚2、加热器3、保温层4、炉体外壳5和感应线圈6；所述多层内坩埚1设于外坩埚2内，所述加热器3设于外坩埚2外部两侧，所述保温层4围设于外坩埚2和加热器3外周，所述炉体外壳5围设于保温层4外周，所述感应线圈6设于炉体外壳5外部两侧与加热器3位置对应；所述多层内坩埚1包括内坩埚顶盖101、碳化钽片102、籽晶支架103、内坩埚隔环104和内坩埚底盖105，多个籽晶支架103叠加设置在内坩埚底盖105上，籽晶支架103之间还设置有内坩埚隔环104，相邻的两个籽晶支架103和所夹持的内坩埚隔环104形成一个夹持空间，所述夹持空间用于容纳背面相对放置的两片碳化钽片102，所述碳化钽片102正面粘接有籽晶106，最上层碳化钽片102上盖设有内坩埚顶盖101。本实施例提供的多层内坩埚方便拆卸安装，能够一次大量同时退火多片氮化铝籽晶，并且可完整方便的取下每一片氮化铝籽晶。实施例2本实施例提供了一种去除籽晶残余应力的退火装置，通过特殊设计的碳化钽坩埚来预处理经过切磨倒角的氮化铝籽晶。本实施例提供的去除籽晶残余应力的退火装置，包括多层内坩埚1、外坩埚2、加热器3、保温层4、炉体外壳5和感应线圈6；所述多层内坩埚1设于外坩埚2内，所述加热器3设于外坩埚2外部两侧，所述保温层4围设于外坩埚2和加热器3外周，所述炉体外壳5围设于保温层4外周，所述感应线圈6设于炉体外壳5外部两侧与加热器3位置对应；所述多层内坩埚1包括内坩埚顶盖101、碳化钽片102、籽晶支架103、内坩埚隔环104和内坩埚底盖105，多个籽晶支架103叠加设置在内坩埚底盖105上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种去除籽晶残余应力的退火装置，其特征在于，包括多层内坩埚(1)、外坩埚(2)、加热器(3)、保温层(4)、炉体外壳(5)和感应线圈(6)；所述多层内坩埚(1)设于外坩埚(2)内，所述加热器(3)设于外坩埚(2)外部两侧，所述保温层(4)围设于外坩埚(2)和加热器(3)外周，所述炉体外壳(5)围设于保温层(4)外周，所述感应线圈(6)设于炉体外壳(5)外部两侧与加热器(3)位置对应；/n所述多层内坩埚(1)包括内坩埚顶盖(101)、碳化钽片(102)、籽晶支架(103)、内坩埚隔环(104)和内坩埚底盖(105)，多个籽晶支架(103)叠加设置在内坩埚底盖(105)上，籽晶支架(103)之间还设置有内坩埚隔环(104)，相邻的两个籽晶支架(103)和所夹持的内坩埚隔环(104)形成一个夹持空间，所述夹持空间用于容纳背面相对放置的两片碳化钽片(102)，所述碳化钽片(102)正面粘接有籽晶(106)，最上层碳化钽片(102)上盖设有内坩埚顶盖(101)。/n

【技术特征摘要】
1.一种去除籽晶残余应力的退火装置，其特征在于，包括多层内坩埚(1)、外坩埚(2)、加热器(3)、保温层(4)、炉体外壳(5)和感应线圈(6)；所述多层内坩埚(1)设于外坩埚(2)内，所述加热器(3)设于外坩埚(2)外部两侧，所述保温层(4)围设于外坩埚(2)和加热器(3)外周，所述炉体外壳(5)围设于保温层(4)外周，所述感应线圈(6)设于炉体外壳(5)外部两侧与加热器(3)位置对应；
所述多层内坩埚(1)包括内坩埚顶盖(101)、碳化钽片(102)、籽晶支架(103)、内坩埚隔环(104)和内坩埚底盖(105)，多个籽晶支架(103)叠加设置在内坩埚底盖(105)上，籽晶支架(103)之间还设置有内坩埚隔环(104)，相邻的两个籽晶支架(103)和所夹持的内坩埚隔环(104)形成一个夹持空间，所述夹持空间用于容纳背面相对放置的两片碳化钽片(102)，所述碳化钽片(102)正面粘接有籽晶(106)，最上层碳化钽片(102)上盖设有内坩埚顶盖(101)。


2.根据权利要求1所述一种去除籽晶残余应力的退火装置，其特征在于，所述外坩埚(2)为外坩埚顶盖(201)、压片隔环(202)、隔筒(203)和外坩埚底盖(204)组成的封闭壳体，多层内坩埚(1)分层堆叠放置于外坩埚(2)壳体内。


3.根据权利要求2所述一种去除籽晶残余应力的退火装置，其特征在于，所述压片隔环(202)和隔筒(203)内部设有1～4个轴向中空通孔，用于放置多层内坩埚(1)。


4.根据权利要求1-3任一所述一种去除籽晶残余应力的退火装置，其特征在于，所述保温层(4)为顶部石墨保温层(401)、侧部石墨保温层(402)和底部石墨保温层(403)组成的封闭保温层。


5.根据权利要求4所述一种去除籽晶残余应力的退火装置，其特征在于，还包括托盘(7)、坩埚支撑杆(8)和坩埚旋转电机(9)；所述托盘(7)设于保温层(4)内，所述外坩埚(2)置于托盘(7)上，托盘(7)连接有所述坩埚支撑杆(8)，所述坩埚支撑杆(8)沿保温层(4)和炉体外壳(5)底部的开孔伸出，所述坩埚支撑杆(8)与炉体外壳(5)外部的坩埚旋转电机(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙;23