一种物理气相传输法晶体生长炉、制备晶锭的方法及晶锭技术

本申请提供了一种物理气相传输法晶体生长炉、制备晶锭的方法及晶锭。其中，晶体生长炉包括：炉体，包括圆筒形侧壁、炉盖和炉底；位于炉体内部的保温层结构，位于保温层结构内部的加热器结构；位于加热器结构内部的坩埚，包括坩埚本体和坩埚盖；芯冷吹气系统，包括芯冷吹气埚盖、多个芯冷出气通孔、芯冷吹气管和芯冷进气嘴；多个测温点，用于监测所述晶体生长炉中的温度。本申请通过物理气相传输法生长晶体，然后经退火处理得到晶锭。退火处理过程中通过芯冷吹气系统向晶锭的芯部吹气，始终让晶锭芯部的温度小于等于晶锭外表面的温度，实现了径向温度分布反转，改善晶锭退火处理过程中由于应力累积导致的晶锭开裂问题，从而提高了晶锭的成品率。晶锭的成品率。晶锭的成品率。

【技术实现步骤摘要】
一种物理气相传输法晶体生长炉、制备晶锭的方法及晶锭


[0001]本申请涉及晶体制备
，特别是涉及一种物理气相传输法晶体生长炉、制备晶锭的方法及晶锭。

技术介绍

[0002]物理气相传输法(PVT)生长晶体(例如碳化硅、氮化铝等)，一般在外周被加热的圆柱形坩埚中生长得到圆柱形晶体，常用的加热方式有电阻加热、感应加热等，长成的圆柱形晶体经过随炉退火处理过程得到晶锭。现有的随炉退火处理过程一般是：外周的加热功率逐渐减小、直至整个晶锭的温度冷却到室温，然后取出晶锭。
[0003]现有的晶锭随炉退火过程中，刚刚冷凝结晶的晶体由于温度很高、分子运动剧烈，此时不累积应力，产生的形变为塑性变形，随着温度逐渐降低，晶体受力后不再产生塑性变形，而是产生弹性变形，同时会累积应力，当累积的应力超过了晶体的抗张强度极限或者晶锭表面受到外力作用时，很容易导致晶锭开裂。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种物理气相传输法晶体生长炉、制备晶锭的方法及晶锭，以改善晶锭退火过程中由于应力累积导致的晶锭开裂问题，提高晶锭的成品率。具体技术方案如下：
[0005]本申请第一方面提供了一种物理气相传输法晶体生长炉，其包括：
[0006]炉体，包括圆筒形侧壁、炉盖和炉底；
[0007]位于所述炉体内部的保温层结构，包括圆筒形侧周保温层、顶部保温层和底部保温层；
[0008]位于所述保温层结构内部的加热器结构，包括顶部加热器、圆筒形侧周加热器和底部加热器；
[0009]位于所述加热器结构内部的坩埚，包括坩埚本体和坩埚盖；所述坩埚本体内中下部装有单晶生长的原料，所述坩埚盖为环形敞口盖，所述坩埚盖的内表面上安装有籽晶托，所述籽晶托上固定有籽晶；
[0010]芯冷吹气系统，包括芯冷吹气埚盖、多个芯冷出气通孔、芯冷吹气管和芯冷进气嘴；所述芯冷吹气埚盖盖合于所述坩埚盖上，所述芯冷吹气埚盖与所述籽晶托上表面之间有气流通道；所述多个芯冷出气通孔能使所述气流通道中的气体进入所述炉体内；所述芯冷吹气埚盖的中心设置有中心通孔，所述中心通孔连接所述芯冷吹气管的一端，所述芯冷吹气管的另一端垂直向上穿过所述顶部保温层和所述炉盖，所述芯冷吹气管的另一端与设置于所述炉盖上的所述芯冷进气嘴密封连接；
[0011]所述顶部加热器位于所述芯冷吹气埚盖与所述顶部保温层之间，所述底部加热器位于所述坩埚本体的底部与所述底部保温层之间，所述顶部保温层、所述顶部加热器、所述芯冷吹气埚盖、所述坩埚本体、所述底部加热器和所述底部保温层同轴设置；
[0012]多个测温点，用于监测所述晶体生长炉中的温度。
[0013]在本申请的一些实施方案中，所述多个芯冷出气通孔设置于靠近所述芯冷吹气埚盖的边缘且沿同一半径周向分布。
[0014]在本申请的一些实施方案中，所述坩埚盖内侧设置有凸肩，所述芯冷吹气埚盖架设于所述凸肩上以使所述芯冷吹气埚盖和所述坩埚盖盖合，所述多个芯冷出气通孔设置于所述凸肩上沿同一半径周向分布，所述芯冷吹气埚盖不覆盖所述多个芯冷出气通孔。
[0015]在本申请的一些实施方案中，所述多个芯冷出气通孔沿同一半径周向均匀分布。
[0016]在本申请的一些实施方案中，所述多个芯冷出气通孔的数量为4
‑
64个。
[0017]在本申请的一些实施方案中，所述顶部保温层在径向分成中心部分和外围部分。
[0018]在本申请的一些实施方案中，所述多个测温点包括顶部测温点、底部测温点和侧壁测温点，其中，所述顶部测温点能够测得籽晶托上表面中心位置的温度；所述底部测温点能够测得坩埚的底部中心位置的温度；所述侧壁测温点包含在垂直方向分布的三个测温点，分别用于测量与以下位置对应的坩埚的侧壁的温度：1)所述籽晶托上固定的籽晶或生长后晶锭的侧面；2)所述坩埚本体内籽晶或晶锭到料面之间的上部空间；3)所述坩埚本体中下部的原料处。
[0019]本申请第二方面提供了一种采用本申请第一方面提供的物理气相传输法晶体生长炉制备晶锭的方法，其包括以下步骤：通过物理气相传输法生长晶体，然后经退火处理得到所述晶锭，所述退火处理包括以下步骤：由所述芯冷进气嘴通入惰性气体，经过所述芯冷吹气管，由所述中心通孔向所述籽晶托上表面喷吹流量为1L/min
‑
100L/min的所述惰性气体，然后所述惰性气体由所述芯冷出气通孔排出，待所述晶锭的温度冷却至室温后停止喷吹所述惰性气体。
[0020]在本申请的一些实施方案中，所述惰性气体的流量为7L/min
‑
30L/min。
[0021]在本申请的一些实施方案中，所述惰性气体的温度为10℃
‑
40℃。
[0022]在本申请的一些实施方案中，所述惰性气体选自氩气、氦气、氖气和氮气中的任一种。
[0023]在本申请的一些实施方案中，所述退火处理中，所述晶体生长炉中的气压为50,000Pa
‑
100,000Pa。
[0024]本申请第三方面提供了一种晶锭，其采用本申请第一方面提供的物理气相传输法晶体生长炉制得，或根据本申请第二方面提供的方法制得。
[0025]在本申请的一些实施方案中，所述晶锭包括碳化硅晶锭、氮化铝晶锭、氧化锌晶锭、硫化锌晶锭、硒化锌晶锭或碲化锌晶锭中的任一种。
[0026]本申请的有益效果：
[0027]本申请提供了一种物理气相传输法晶体生长炉、制备晶锭的方法及晶锭。通过物理气相传输法生长晶体，然后经退火处理得到晶锭。退火处理过程中通过芯冷吹气系统向晶锭的芯部吹气，始终让晶锭芯部的温度小于等于晶锭外表面的温度，实现了径向温度分布反转，使退火处理得到的晶锭表面由受到张应力作用变成受压应力作用，表面应力分布为压应力的晶锭将比张应力的晶锭更不容易开裂，改善晶锭退火过程中由于应力累积导致的晶锭开裂问题，从而提高了晶锭的成品率。
[0028]当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优
点。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
[0030]图1为本申请的一种实施方案的物理气相传输法晶体生长炉的剖面结构示意图；
[0031]图2为本申请的一种实施方案中的坩埚、坩埚盖及芯冷吹气埚盖的剖面结构示意图；
[0032]图3为本申请的一种实施方案中的坩埚盖的剖面结构示意图；
[0033]图4为本申请的一种实施方案中的坩埚盖的结构示意图；
[0034]图5为本申请的一种实施方案中的坩埚盖上的芯冷出气通孔分布示意图；
[0035]图6为本申请的另一种实施方案中的芯冷出气埚盖上的芯冷出气通孔分布示意图；
[0036]图7为本申请的一种实施方案中的气体流向示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种物理气相传输法晶体生长炉，其包括：炉体，包括圆筒形侧壁、炉盖和炉底；位于所述炉体内部的保温层结构，包括圆筒形侧周保温层、顶部保温层和底部保温层；位于所述保温层结构内部的加热器结构，包括顶部加热器、圆筒形侧周加热器和底部加热器；位于所述加热器结构内部的坩埚，包括坩埚本体和坩埚盖；所述坩埚本体内中下部装有单晶生长的原料，所述坩埚盖为环形敞口盖，所述坩埚盖的内表面上安装有籽晶托，所述籽晶托上固定有籽晶；芯冷吹气系统，包括芯冷吹气埚盖、多个芯冷出气通孔、芯冷吹气管和芯冷进气嘴；所述芯冷吹气埚盖盖合于所述坩埚盖上，所述芯冷吹气埚盖与所述籽晶托上表面之间有气流通道；所述多个芯冷出气通孔能使所述气流通道中的气体进入所述炉体内；所述芯冷吹气埚盖的中心设置有中心通孔，所述中心通孔连接所述芯冷吹气管的一端，所述芯冷吹气管的另一端垂直向上穿过所述顶部保温层和所述炉盖，所述芯冷吹气管的另一端与设置于所述炉盖上的所述芯冷进气嘴密封连接；所述顶部加热器位于所述芯冷吹气埚盖与所述顶部保温层之间，所述底部加热器位于所述坩埚本体的底部与所述底部保温层之间，所述顶部保温层、所述顶部加热器、所述芯冷吹气埚盖、所述坩埚本体、所述底部加热器和所述底部保温层同轴设置；多个测温点，用于监测所述晶体生长炉中的温度。2.根据权利要求1所述的晶体生长炉，其中，所述多个芯冷出气通孔设置于靠近所述芯冷吹气埚盖的边缘且沿同一半径周向分布。3.根据权利要求1所述的晶体生长炉，其中，所述坩埚盖内侧设置有凸肩，所述芯冷吹气埚盖架设于所述凸肩上以使所述芯冷吹气埚盖和所述坩埚盖盖合，所述多个芯冷出气通孔设置于所述凸肩上沿同一半径周向分布，所述芯冷吹气埚盖不覆盖所述多个芯冷出气通孔。4.根据权利要求2或3所述的晶体生长炉，其中，所述多个芯冷出气通孔沿同一半径周向均匀分布。5.根据权利要求1所述的晶体生长炉，其中，所述多个芯冷出气通孔的数量为4
‑
64个。6.根据权利要求1所述的晶体生长炉，其中，所述顶部保温层...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪代秦，周振翔，魏华阳，李丹，李康，赵小玻，李勇，赵鹏，何敬晖，高崇，袁雷，陈建荣，黄存新，
申请(专利权)人：中材人工晶体研究院有限公司北京中材人工晶体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：