旋转外部加热式高频感应超高纯锗单晶制备设备制造技术

本实用新型专利技术公开了锗单晶制备领域中的一种旋转外部加热式高频感应超高纯锗单晶制备设备，包括籽晶提拉转动装置、石英管炉体和旋转的外加热装置，籽晶提拉转动装置包括套在石英管内的石英坩埚和籽晶杆，外加热装置包括加热器和套在加热器外部的加热线圈，加热器通过加热器旋转轴与机座连接。本实用新型专利技术减少了坩埚杆等结构的应用，避免这些结构带来的杂质污染，有利于超高纯锗单晶的纯度提高。有利于超高纯锗单晶的纯度提高。有利于超高纯锗单晶的纯度提高。

【技术实现步骤摘要】
旋转外部加热式高频感应超高纯锗单晶制备设备


[0001]本技术涉及半导体学科中的锗单晶制备领域，具体的说，是涉及一种旋转外部加热式高频感应超高纯锗单晶制备设备。

技术介绍

[0002]探测器级的超高纯锗单晶被用来制备特殊的高纯锗γ射线探测器，并配套上多道分析器可组成γ能谱仪，迄今为止，这种γ探测器仍然是探测γ射线能量分辨率最好的探测器。目前这种γ射线探测器，已经广泛应用于军事国防、科学研究及国民经济的各个领域，包括环保、微量元素测量、质检、海关检测、防恐、反恐、核子医学等等，当今21世纪科学重大课题暗物质的测量和双β衰变研究也迫切需要这类探测器。
[0003]美国早在上世纪七十年代已经研发出来能制造这类探测器的超高纯锗单晶材料，我国已经落后四、五十年，虽然上世纪七八十年代国家陆续派出学者去美国研究学习，但由于种种原因，这项研发工作处于停顿状态，近十几年才开始进行进一步研发。由于目前超高纯锗单晶的制备仍然被美国垄断，对我国的技术封锁，一直制约着我国这方面的进展，因此如何解决我国在这个高科
（即超高纯锗单晶材料制备）“卡脖子的关键核心技术”问题，以防备美国突然禁止供给有关的晶体材料、γ射线探测器及有关的设备和仪器至关重要。
[0004]目前采用直拉法（CZ）制备超高纯锗单晶时，使用的是以石英管作为炉体的超高纯锗单晶炉，其无论是加热体在炉体内部或是炉体外部，都涉及籽晶杆、坩埚杆等的材料和结构。这些结构部件（包括内部加热体，旋转的籽晶杆、坩埚杆系统）会产生极其敏感量的杂质源和产生锗熔体的微振动，会引起附加的微量杂质，在高纯环境的单晶炉体内是一种杂质的污染源，直接影响到超高纯锗单晶制备的纯度和位错。
[0005]基于上述问题，采用我国现有的元器件、材料及加工技术，虽然制备锗单晶的纯度已经达到12N，但是距离达到13N量级的要求还差一个数量级，同时又难以实现1公斤大体积的超高纯锗单晶的制备。

技术实现思路

[0006]为了克服现有的技术的不足，本技术提供一种旋转外部加热式高频感应超高纯锗单晶制备设备，减少了坩埚杆等结构的应用，避免这些结构带来的杂质污染，可以满足制备出13N量级的超高纯锗单晶。
[0007]本技术技术方案如下所述：
[0008]一种旋转外部加热式高频感应超高纯锗单晶制备设备，其特征在于，包括籽晶提拉转动装置、石英管炉体和旋转的外加热装置，所述籽晶提拉转动装置及石英管炉体的底部套在所述外加热装置内，
[0009]所述籽晶提拉转动装置包括套在所述石英管炉体内的石英坩埚和籽晶杆，所述籽晶杆的上端穿出所述石英管炉体后与晶体上升旋转机构连接；
[0010]所述外加热装置包括加热器和套在所述加热器外部的加热线圈，所述加热器通过加热器旋转轴与机座连接。
[0011]根据上述方案的本技术，其特征在于，所述籽晶杆上设有可伸缩波纹管。
[0012]进一步的，所述籽晶杆位于所述石英管炉体顶部外侧的部分被包围于所述可伸缩波纹管内。
[0013]根据上述方案的本技术，其特征在于，所述籽晶杆的下端部设有籽晶，作为所述石英坩埚内的锗熔液拉成超高纯锗单晶。
[0014]根据上述方案的本技术，其特征在于，还包括冷却系统，所述冷却系统包括设于所述籽晶杆上的水冷装置及设于所述石英管炉体顶上端不锈钢盖的水冷系统。
[0015]根据上述方案的本技术，其特征在于，还包括通气装置，所述通气装置包括设于所述石英管炉体顶上端不锈钢盖的进气口和出气口。
[0016]根据上述方案的本技术，其有益效果在于，本技术通过外部旋转加热的方式，使得加热方式从原来的炉内加热改为炉外加热，不仅使得高纯锗熔体受热更加均匀，还减少了坩埚杆等结构的应用，避免这些结构带来的杂质污染，有利于超高纯锗单晶的纯度提高到单晶每立方厘米的电性杂质为～10
10
个的原子，也可以避免因籽晶杆上下及旋转摩擦带来的轻微振动，造成的错位增加。
附图说明
[0017]图1为本技术制备设备的结构示意图；
[0018]图2为本技术中涂碳涂层设备的结构示意图；
[0019]图3为本技术实现流程图；
[0020]图4为本技术中清洗、吹干的流程图。
[0021]在图中，10
‑
锗熔液；101
‑
单晶锗；
[0022]11
‑
晶体上升旋转机构；12
‑
籽晶杆；13
‑
籽晶；14
‑
石英管炉体；15
‑
石英坩埚；16
‑
可伸缩波纹管；
[0023]21
‑
加热器；22
‑
加热线圈；23
‑
线圈上下移动轴；24
‑
加热器旋转轴；25
‑
机座；
[0024]31
‑
进气口；32
‑
出气口；
[0025]40
‑
水冷装置；
[0026]51
‑
洁净工作台；52
‑
石英支架；53
‑
火焰；54
‑
气体喷枪；55
‑
气体导流层；56
‑
气体分流器；57
‑
机械手臂；58
‑
底座；
[0027]60
‑
石英舟。
具体实施方式
[0028]下面结合附图以及实施方式对本技术进行进一步的描述：
[0029]如图1所示，一种旋转外部加热式高频感应超高纯锗单晶制备设备，包括籽晶提拉转动装置、石英管炉体及旋转的外加热装置，籽晶提拉转动装置和石英管炉体的底部套在外加热装置内。由于传统的炉内加热方式中，即便使用石英封装也难免有杂质泄漏，本技术采用旋转的外部加热的方式，使得现有的炉内加热变更为炉外加热，避免传统石墨感应加热体在炉内加热后挥发出来的各种杂质污染，有利于提高炉体的洁净度，进而有利于
超高纯锗单晶的纯度提高。
[0030]本技术中，旋转加热装置包括加热器21和套在加热器21外部的加热线圈22，加热器21通过加热器旋转轴24与机座25连接。机座25通过加热器旋转轴24控制加热器21进行旋转并控制其转速，进而形成旋转式热场，可以使得炉体内锗熔化后的锗熔液10所受热场更加均匀，有利于拉单晶时错位减少，且使得分布更趋于均匀。
[0031]优选的，上述的加热线圈22通中高频电源。
[0032]优选的，加热线圈22通过线圈上下移动轴23与机座25连接，机座25通过线圈上下移动轴23带动加热线圈22上下移动，实现锗熔体上表面层的温度微调。
[0033]本技术中，籽晶提拉转动装置包括套在石英管炉体14内的石英坩埚15和籽晶杆12，籽晶杆12的下侧端部设有籽晶13，籽晶13从石英坩埚1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.旋转外部加热式高频感应超高纯锗单晶制备设备，其特征在于，包括籽晶提拉转动装置、石英管炉体和旋转的外加热装置，所述籽晶提拉转动装置及石英管炉体的底部套在所述外加热装置内，所述籽晶提拉转动装置包括套在所述石英管炉体内的石英坩埚和籽晶杆，所述籽晶杆的上端穿出所述石英管炉体后与晶体上升旋转机构连接；所述外加热装置包括加热器和套在所述加热器外部的加热线圈，所述加热器通过加热器旋转轴与机座连接。2.根据权利要求1所述的旋转外部加热式高频感应超高纯锗单晶制备设备，其特征在于，所述籽晶杆上设有可伸缩波纹管。3.根据权利要求2所述的旋转外部加热式高频感应超高纯锗单晶制备设备，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：白尔隽，
申请(专利权)人：白尔隽，
类型：新型
国别省市：