本发明专利技术公开一种用于去除溶液法生长晶体气液界面多晶的装置，包括升降控制机构和搅拌桨机构，升降控制机构由电磁铁和弹簧组成，以控制搅拌桨在坩埚中的轴向位置，搅拌桨由连接轴和设置于坩埚内壁附近的搅拌块组成，其转速由固定于炉体上的电机控制，在晶体生长准备期，闭合回路断电，搅拌桨在弹簧支撑力作用下远离溶液表面，且不旋转；在晶体生长过程中，电磁铁产生磁力压缩弹簧，使搅拌桨位置下降，通过电机驱动，在溶液表面以一定转速旋转。本发明专利技术能够去除溶液法生长晶体过程中气液界面处沿坩埚内壁向中心生长的多晶硬质界面层，促进溶质的溶解，增强溶质在溶液中的传质作用，提高晶体生长速率和生长质量。高晶体生长速率和生长质量。高晶体生长速率和生长质量。
【技术实现步骤摘要】
一种用于去除溶液法生长晶体气液界面多晶的装置
[0001]本专利技术属于溶液法生长晶体装置领域，具体涉及一种用于去除溶液法生长晶体气液界面多晶的装置。
技术介绍
[0002]目前常用的晶体生长方法有：熔体生长法、溶液法、气相生长法以及固相生长法。其中，溶液法有着生长温度较低、晶体体积较大以及均匀性好等优点，被广泛应用于碳化硅、氮化镓等半导体晶体的生长。
[0003]溶液法晶体生长是首先将晶体的组成元素(溶质)溶解在另一溶液(溶剂)中，然后通过改变温度、蒸汽压等状态参数，获得过饱和溶液，最后使溶质从溶液中析出，形成晶体的方法。在晶体生长过程中，因为热场等因素的影响，易造成气液界面处沿坩埚内壁处溶液过饱和度较大，从而在气液界面处形成沿坩埚内壁向中心生长的多晶硬质界面层，这一过程不但消耗了溶液中用以晶体生长的溶质，而且减少了气体溶质与溶液的接触面积，从而降低晶体生长速率并限制晶体生长尺寸。例如采用溶液法生长碳化硅晶体时，石墨坩埚在溶液中溶解，为晶体生长提供碳元素，溶液表面坩埚内壁处碳元素浓度高，易形成多晶硬质界面层。同样作为第三代半导体的氮化镓晶体可通过助熔剂法获得，其生长过程中，由于氮气从溶液的表面溶解进入溶液内部，故溶液中氮元素浓度最高的位置在溶液表面附近，因此GaN在此区域中极易达到过饱和结晶，导致形成多晶硬质界面层。为了解决上述问题，目前急需一种简便可控的有效去除溶液法生长晶体气液界面多晶的装置。
[0004]目前可以检索到关于溶液法生长晶体装置中涉及气液界面多晶去除的有以下一项专利。申请号为CN201510838898.4，授权公开号为CN105256372B，授权公开日为2018年9月7日的中国专利提出了一种包括由线圈驱动的可移动晶种模板的生长GaN晶体装置，但此专利的主要目的是保证晶种模版一直处在最佳的生长溶液环境，其所提出的可移动晶种模板只能沿径向或轴向直线运动，无法去除反应初始阶段在气液界面沿坩埚内壁生成的多晶硬质界面层。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种用于去除溶液法生长晶体气液界面多晶的装置，通过控制气液界面上搅拌桨的运动来有效破坏溶液表面的多晶硬质界面层，有效防止溶液中用以晶体生长的溶质的消耗，并通过搅拌液体增强溶质在溶液中的传质作用；对于需要溶解气体溶质的晶体生长过程，能使气体溶质与溶液接触面积最大化，有助于其在溶液中的进一步溶解，提升晶体在坩埚中的生长速率。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案予以实现：一种用于去除溶液法生长晶体气液界面多晶的装置，包括升降控制机构和搅拌桨机构，搅拌桨机构设置在炉体的轴线上，搅拌桨机构包括电机、搅拌轴以及搅拌桨；电机设置在炉体顶部，搅拌轴的主动端连接电机输出轴，搅拌轴的从动端设置圆形滑块，搅拌轴和滑块连接面设置有防转动结构，
搅拌轴的从动端的端面设置圆形支撑板，圆形滑块与所述圆形支撑板之间设置有弹簧，圆形滑块连接搅拌桨；升降控制机构设置在圆形滑块上方，升降控制机构包括闭合回路、电源、第一电磁铁、第二电磁铁以及导电滑环，第一电磁铁和第二电磁铁上设置螺旋方向相反的线圈，所述线圈和电源接入闭合回路中，第一电磁铁的线圈与导电滑环的静子连接，第二电磁铁的线圈与导电滑环的转子连接，第二电磁铁连接圆形滑块，第一电磁铁与搅拌轴相对固定设置。
[0007]电机连接变频器，变频器与闭合回路的电源均连接计算机系统的输出端。
[0008]导电滑环套设在搅拌轴外侧，第一电磁铁和第二电磁铁关于搅拌轴对称设置。
[0009]所述防转动结构采用花键
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花键槽。
[0010]搅拌桨均匀布置在圆形滑块一周，搅拌桨包括连接轴和搅拌块，连接轴连接圆形滑块和搅拌块，搅拌块与坩埚内壁留有间隙。
[0011]搅拌桨在竖直面呈V形，设置有两组，搅拌块的形状为圆柱体，其连线构成与搅拌轴轴线相交的直线。
[0012]搅拌桨设置三组，形状为圆柱体，其连线构成垂直于搅拌轴轴线的正三角形平面。
[0013]搅拌桨呈V形，设置两组，搅拌块的形状为圆锥体。
[0014]搅拌桨由耐腐蚀金属钼或氮化硼制成。
[0015]弹簧最大压缩量小于搅拌块顶面到溶液表面的距离。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：当闭合回路通电时，第一电磁铁产生上部为S极下部为N极的磁场，第二电磁铁产生上部为N极下部为S极的互斥磁场，圆形滑块在斥力作用下带动搅拌桨下移并压缩弹簧，该弹簧能有效减小滑块下降时造成的冲击，其最大压缩量应小于搅拌块顶面到溶液表面的距离，当闭合回路断电时，在弹簧支撑力的作用下，圆形滑块带动搅拌桨上移，远离溶液表面；对搅拌桨的位置进行调控，使搅拌桨在溶液表面进行旋转，破环晶体生长时气液界面处的多晶硬质界面层，促进溶质的溶解并增强溶质在溶液中的传质作用；在保持反应装置密封的情况下，实时改变搅拌桨的位置与转速，既可以有效去除沿坩埚内壁向中心生长的多晶硬质界面层，也可以增强气液界面下方的流动，使溶质快速传输至混合溶液内部，提高晶体生长速率和生长质量；同时，圆形滑块上部固连第二电磁铁，该第二电磁铁与导电滑环转子连接，工作时，导电滑环的转子能随搅拌轴以相同的转速转动以防止线路缠绕。
[0017]进一步的，搅拌桨机构电机连接变频器及计算机系统，使搅拌桨在工作过程中能平稳启动，防止突然启停导致电流过大及混合溶液喷溅。
[0018]进一步的，搅拌桨由连接轴和搅拌块组成，结构简单，易于加工，减少了加工的工艺成本；使用过程中，只有搅拌块浸入溶液，有效降低搅拌桨与溶液的接触面积，防止在搅拌桨表面结晶。
[0019]进一步的，所述搅拌桨对称设置于圆形滑块底部，其材料为耐腐蚀金属钼或氮化硼，由连接轴和搅拌块组成，搅拌块设置在坩埚内壁附近，其与搅拌轴轴线的距离略小于坩埚半径，以有效去除沿坩埚内壁向中心生长的多晶硬质界面层。
[0020]进一步的，搅拌桨机构电机连接变频器，该变频器与闭合回路电源连接计算机系统，以实现装置的远程控制。
附图说明
[0021]图1为一种用于去除溶液法生长晶体气液界面多晶的装置示意图。
[0022]图2为搅拌桨机构示意图。
[0023]图3为升降控制机构示意图。
[0024]图4为搅拌桨实施例1结构示意图。
[0025]图5为搅拌桨实施例2结构示意图。
[0026]图6为搅拌桨实施例3结构示意图。
[0027]图中符号说明：1
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搅拌桨机构、101
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电机、102
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圆形支撑板、103
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搅拌桨、1031
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搅拌块、1032
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连接轴、104
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圆形滑块、105
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搅拌轴、2
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炉体、3
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保温材料层、4
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套管、5
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加热器、6
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支撑轴、7
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于去除溶液法生长晶体气液界面多晶的装置，其特征在于：包括升降控制机构(11)和搅拌桨机构(1)，搅拌桨机构(1)设置在炉体(2)的轴线上，搅拌桨机构(1)包括电机(101)、搅拌轴(105)以及搅拌桨(103)；电机(101)设置在炉体(2)顶部，搅拌轴(105)的主动端连接电机(101)输出轴，搅拌轴(105)的从动端设置圆形滑块(104)，搅拌轴(105)和圆形滑块(104)连接面设置有防转动结构，搅拌轴(105)的从动端的端面设置圆形支撑板(102)，圆形滑块(104)与所述圆形支撑板(102)之间设置有弹簧(1105)，圆形滑块(104)圆形滑块(104)连接搅拌桨(103)；升降控制机构(11)设置在圆形滑块(104)上方，升降控制机构(11)包括闭合回路(1101)、电源(1102)、第一电磁铁(1103)、第二电磁铁(1104)以及导电滑环(1106)，第一电磁铁(1103)和第二电磁铁(1104)上设置螺旋方向相反的线圈，所述线圈和电源(1102)接入闭合回路中，第一电磁铁(1103)的线圈与导电滑环的静子连接，第二电磁铁(1104)的线圈与导电滑环的转子连接，第二电磁铁(1104)连接圆形滑块(104)，第一电磁铁(1103)与搅拌轴(105)相对固定设置。2.根据权利要求1所述的用于去除溶液法生长晶体气液界面多晶的装置，其特征在于：电机(101)连接变频器(14)，变频器(14)与闭合回路的电源(1102)均连接计算机系统(13)的输出端。3.根据权利要求1所述的用于去除溶液法生长晶体气液界面多晶的装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗金平，裴骏红，刘立军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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