本发明专利技术公开了一种大质量晶体生长的局部温度梯度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一:安装晶体生长炉,进行升温化料、调温、熔种处理；步骤二:将步骤一中熔种后的晶体生长炉的各温区进行调整温度，逐步降低肩部温度，完成晶体的放肩过程；步骤三:将晶体生长炉的支撑管及石英管保持不动，晶体生长炉的传动装置上移带动炉体移动，使晶体生长界面上移，实现晶体的生长；步骤四：炉体移动同时逐渐下降晶体生长炉的炉芯，使晶体生长炉的炉芯与支撑管相对移动；或调整散热通道内流体材料、流体速度，改变通过散热通道带走的热量，控制温度梯度。通过生长过程中对保温材料及相对位置的调整实现晶体生长过程中温度梯度的针对性调整。
【技术实现步骤摘要】
大质量晶体生长的局部温度梯度的控制方法及装置
本专利技术涉及半导体材料制备的
，具体涉及一种大质量晶体生长的局部温度梯度的控制方法及装置。
技术介绍
砷化镓(GaAs)材料是继硅单晶之后第二代新型化合物半导体中最重要的材料。其性能优异，电子迁移率和光电转化效率高，在微电子和光电子领域应用广泛，尤其在5G商用化进程中，将发挥无可替代的作用。半绝缘高阻GaAs(ρ＞108Ω-cm)抛光片和外延片衬底是射频PA器件的主要衬底材料。半绝缘高阻砷化镓(GaAs)主要参数电阻率及迁移率,晶体中的碳浓度对电阻率及迁移率影响巨大。现有的垂直梯度凝固法(VGF)或者垂直布里其曼法(VB)晶体生长炉的加热器都是采用一组或多组圆柱形外围排布，通过对保温材料的调整及结构实现对熔体及晶体生长温度的调整。最终达到实现控制晶体生长的目的。但是由于保温材料的保温性能在晶体生长的过程中一直处于基本恒定状态，在整个晶体生长的过程中，晶体的温度梯度场调整只能通过圆柱外围排布的加热器进行调整，来达到调整温度场的目的。只通过调整圆柱外围6组加热器的这种方法，很难实现长晶过程中对热场中心部分温度梯度的大幅调整及精确控制，导致晶体生长界面不能有效调整，晶体生长后期凹界面不断加深，导致6寸及以上高质量大尺寸半绝缘砷化镓/磷化铟等材料很难得到长的大直径晶体。砷化镓/磷化铟等晶体生长的过程由于砷化镓晶体材料的导热特性，温度场的保温结构不断变化的动态的过程。新生长出来的晶体砷化镓的热导率很低，仅0.48W/cm/℃。这部分长出的晶体将成为新增加保温材料阻碍了热量从中心的流失，进而导致随着晶体不断长长，凹界面下凹程度不断加剧导致从晶体的边缘开始出现多晶现象。使得大直径晶体很难长长，长度仅有100mm左右，生产效率低下。鉴于此，避免出现多晶现象、晶体生长界面处凹界面出现/凹陷程度的加大的现象是我们急需解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术公开了一种大质量晶体生长的局部温度梯度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一:安装晶体生长炉,进行升温化料、调温、熔种处理；步骤二:将步骤一中熔种后的晶体生长炉的各温区进行调整温度，逐步降低肩部温度，完成晶体的放肩过程；步骤三:将晶体生长炉的支撑管及石英管保持不动，晶体生长炉的传动装置上移带动炉体移动，使晶体生长界面上移；步骤四：炉体上升的同时逐渐下降晶体生长炉的炉芯，使晶体生长炉的炉芯与支撑管相对移动。进一步的，所述步骤四中，炉芯的下降速度1～10mm/h。本专利技术还公开了一种大质量砷化镓晶体生长的局部温度梯度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一:安装晶体生长炉,进行升温化料、调温、熔种处理；步骤二:将步骤一中熔种后的晶体生长炉的各温区进行调整温度，逐步降低肩部温度，完成晶体的放肩过程；步骤三:将晶体生长炉的支撑管及石英管保持不动，晶体生长炉的传动装置上移带动炉体移动，使晶体生长界面上移；步骤四：炉体上升的同时调整散热通道内流体材料、流体速度，改变通过散热通道带走的热量，控制温度梯度。进一步的，所述步骤四中，流体材料为水、氮气和氩气中的任意一种。进一步的，所述步骤四中，所述流体速度为1～50l/min。进一步的，所述步骤二中，晶体生长炉的各温区包括第一温区、第二温区、第三温区、第四温区、第五温区和第六温区；晶体生长炉的各温区进行调整温度具体包括降低第一温区和第二温区的温度，第三温区、第四温区、第五温区和第六温区的温度不变。本专利技术还公开了一种大质量晶体生长的局部温度梯度的控制装置，包括：支撑结构；炉体结构，所述炉体结构固接在支撑结构的顶部；坩埚组件，所述坩埚组件安装在炉体结构的顶部；和传动结构，所述传动结构与炉体结构固定连接，并带动炉体结构进行上下移动。本专利技术还公开了一种大质量晶体生长的局部温度梯度的控制装置，包括：支撑结构；炉体结构，所述炉体结构固接在支撑结构的顶部；坩埚组件，所述坩埚组件安装在炉体结构的顶部；传动结构，所述传动结构与炉体结构固定连接，并带动炉体结构进行上下移动；和冷却结构，所述冷却结构用于增强炉芯位置的散热量。进一步的，所述冷却结构位于炉体结构和坩埚组件之间，包括保温套，所述保温套套装在石英管底部；和第一冷却管道，所述第一冷却管道环设在保温套的外壁上。进一步的，所述冷却结构包括第二冷却管道(53),所述第二冷却管道(53)嵌装在炉芯内。本专利技术还公开了一种大质量晶体生长的局部温度梯度的控制方法也可应用于使用VGF/VB晶体生长方法生长的砷化镓、磷化铟、碲化镉晶体。有益效果：通过生长过程中对保温材料及相对位置的调整实现晶体生长过程中温度梯度的针对性调整；解决大尺寸砷化镓晶体生长过程中不同阶段对同一位置热场梯度具有不同要求的问题；解决现有砷化镓晶体生长过程中界面不稳定的问题。在砷化镓晶体生长的过程中，由于已经生长为晶体的砷化镓的热导率小，已生长的砷化镓成文保温材料的一部分，导致底部中心保温性能逐渐加强。中心保温性能的增加将导致中心导热的减小，进而导致界面原来越凹，最终导致界面失稳。大尺寸的晶体材料长不长、晶体性能不均匀等问题的产生；6寸半绝缘砷化镓晶体由原来60mm长到220mm长，同时尾部多晶概率由35％下降到10％；4寸半绝缘砷化镓晶体由原来70mm长到220mm长，同时尾部多晶概率由35％下降到10％。EPD分布均匀性显著变好。EPD平均值由700/cm2降低到30/cm2。附图说明图1为本专利技术大质量晶体生长的局部温度梯度的控制方法的流程示意图；图2为本专利技术大质量晶体生长的局部温度梯度的控制装置示意图之一；图3为本专利技术大质量晶体生长的局部温度梯度的控制装置示意图之二；图4为本专利技术大质量晶体生长的局部温度梯度的第一冷却结构示意图；图5为本专利技术大质量晶体生长的局部温度梯度的炉芯下降的结构示意图；图6为本专利技术大质量晶体生长的局部温度梯度的炉芯含有第二冷却结构的结构示意图。图例：1.支撑结构；2.炉体结构；21.炉芯；22.玻璃棒；23.支撑管；24.保温外套；25.加热器组件；251.第一温区；252.第二温区；253.第三温区；254.第四温区；255.第五温区；256.第六温区；3.坩埚组件；31.石英管；32.石英帽；33.PBN坩埚；4.传动结构；5.冷却结构；51.保温套；52.第一冷却管道；53.第二冷却管道；6.轨道结构。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大质量晶体生长的局部温度梯度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一:安装晶体生长炉,进行升温化料、调温、熔种处理；/n步骤二:将步骤一中熔种后的晶体生长炉的各温区进行调整温度，逐步降低肩部温度，完成晶体的放肩过程；/n步骤三:将晶体生长炉的支撑管及石英管保持不动，晶体生长炉的传动装置上移带动炉体移动，使晶体生长界面上移；/n步骤四：炉体上升的同时逐渐下降晶体生长炉的炉芯，使晶体生长炉的炉芯与支撑管相对移动。/n
【技术特征摘要】
1.一种大质量晶体生长的局部温度梯度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一:安装晶体生长炉,进行升温化料、调温、熔种处理；
步骤二:将步骤一中熔种后的晶体生长炉的各温区进行调整温度，逐步降低肩部温度，完成晶体的放肩过程；
步骤三:将晶体生长炉的支撑管及石英管保持不动，晶体生长炉的传动装置上移带动炉体移动，使晶体生长界面上移；
步骤四：炉体上升的同时逐渐下降晶体生长炉的炉芯，使晶体生长炉的炉芯与支撑管相对移动。
2.根据权利要求1所述的大质量晶体生长的局部温度梯度的控制方法，其特征在于，所述步骤四中，炉芯的下降速度1～10mm/h。
3.一种大质量晶体生长的局部温度梯度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一:安装晶体生长炉,进行升温化料、调温、熔种处理；
步骤二:将步骤一中熔种后的晶体生长炉的各温区进行调整温度，逐步降低肩部温度，完成晶体的放肩过程；
步骤三:将晶体生长炉的支撑管及石英管保持不动，晶体生长炉的传动装置上移带动炉体移动，使晶体生长界面上移；
步骤四：炉体上升的同时调整散热通道内流体材料、流体速度，改变通过散热通道带走的热量，控制温度梯度。
4.根据权利要求3所述的大质量晶体生长的局部温度梯度的控制方法，其特征在于，所述步骤四中，流体材料为水、氮气和氩气中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的大质量晶体生长的局部温度梯度的控制方法，其特征在于，所述步骤四中，所述流体速度为1～50l/min。
6.根据权利要求1或3所述的大质量晶体生长的局部温度梯度的控制方法，其特征在于，所述步骤二中，晶体生长炉的各温区包括第一温区、第二温区、第三温区、第四温区、第五温区和第六温区；
【专利技术属性】
技术研发人员：高佑君，柴晓磊，樊海强，
申请(专利权)人：山西中科晶电信息材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14
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