一种用于观察重掺单晶生长的视窗玻璃制造技术

一种用于观察重掺单晶生长的视窗玻璃，它包括：密封玻璃和观察玻璃，所述的密封玻璃为一块光学石英玻璃Ⅰ，其大小和形状与原窗口玻璃相同，其正、反两面的边缘均镀一层轨道形状的金层；在密封玻璃上放置观察玻璃，该观察玻璃为一小于炉体窗口大小的光学玻璃Ⅱ，光学玻璃Ⅱ的一面镀有金层，在镀金面的两端各带一与端面形状相应的支架。本实用新型专利技术的优点是：玻璃易加工，组装简单，造价低廉，效果明显，适用于任何炉体，经久耐用。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于观察重掺单晶生长的视窗玻璃
技术介绍
伴随着半导体材料行业的迅猛发展，单晶炉生产厂家开始增多。除结 构变的日益完善外，自动化程度也得到了长足的进步。就目前而言，所有的单晶炉都配有专用的图象扫描设备，用于PLC进行信号采集实现自动控制。晶体的生长过程，是我们无法用肉眼观测到的，只能凭借晶体外部表 现出来的各种迹象，通过经验来判断它的生长趋势。不同的情况，需要相 应的人为干预，自动控制无法取代。镜头的图象扫描在灵活性、图象清晰度、观测范围等方面都存在着严 重的不足。通过扫描图象很难真实、直观的观察到晶体的生长过程。这就 需要一个能够近距离、多角度、透晰度高的观察窗口，来对晶体的生长进 行监测。硅的熔点是142(TC，如果不采取一些防护措施，近距离观察这么高温 度的液体凝固具有相当的危险性。 一块光学级的石英玻璃被液态硅辐射后 可达500。C左右的温度。在机械上，可拆卸部分多是靠密封圈来实现整体 密封性的。直拉单晶炉也是通过这一手段来实现高真空度的。密封圈大都 是橡胶制品，如果总是长时间接触被高温辐射的石英玻璃，可能会发生萎 縮、形变之类的情况，影响密封性。为了更利于热量的传导，各种炉型都 设计了在观察窗口的炉体部分通循环冷却水来降低被夹在窗体之间与密 封圈接触的石英玻璃的温度。为了降低辐射的强度，通常会在石英玻璃上 镀一层金粉。这主要是因为金镀层具有镀层平整、防氧化性、耐磨性、抗 蚀性好等特点。当光线辐射到石英和金层的临界面时，根据光的反射特性 只有少部分光线能够透射出来，极大的削弱了辐射强度。据统计，将镀金 的玻璃放到观察窗口后，温度可下降到IOO'C左右。半导体材料一个显著的特性就是微量的杂质就会使材料的性质发生 很大的改变。这一特性也决定了在半导体材料行业中对镀金工艺的应用将 更加严格。晶体生产过程中其生长条件为单晶炉炉内压力为几十托的真空状 态，温度在硅的熔点以上；炉外是大气压。此时为观察玻璃镀金层有三种选择 一、 将金面(镀金层的玻璃面，以下简称金面)朝内。 好处是处于真空环境中能避免不必要的接触损害镀层和氧化的现象。 弊端为拉制重掺单晶时，整个炉室内充满了挥发物。尤其是掺杂过程中，掺 杂剂的挥发浓度成倍的增加。 一般观察窗口为了降低观察窗的温度都会采 用循环冷却水来降温。金元素对热的传导能力极强，再受到镀金工艺(镀 层的厚度、致密度等)的影响。都会导致了金面边缘通循环水的部分温度 偏低，遇到挥发物后，大量的挥发物就在低温的部分凝聚，到达一定程度 后就会影响视觉。金元素属于重金属，如果有微量的金元素不小心掉落到硅熔体中，就 会起到"陷阱效应"。影响少数载流子的寿命，导致产品存在质量问题。 况且每次都要清洁炉室，金面上的挥发物也要处理，这样金元素脱落的几 率也必然大大增加。二、将金面朝外 好处是避免杂质的介入，保证熔体的纯净，对正常生产不会产生潜在的危险。 弊端为镀层易被破坏。主要是氧化的影响，虽然窗口的温度对观测者没有太 大的伤害，但也不是轻易可以发生亲密接触的。在这个温度下金面还是会 被氧化的，尤其是镀层的质量不过关，金层的纯度、致密度等。更会在镀 层最热的中央部分出现被氧化的斑斑点点，进而破坏整个镀层。而且有的 时候还会出现一些意外损伤，例如一些坚硬的、熔点低的固体接触等。这 些都会影响使用寿命。 三、双面镀金好处在于能极大的削弱辐射。弊端为上述两种情况的弊端都存在，而且更明显；造价过高。 镀金的方法主要分为化学镀金和电镀金。4化学镀金的优点是要镀的部分不需要电器连接，镀层均匀，更适合于 表面贴装。缺点是溶液较难维护，打底用的化学镍要定期洗槽，以洗去槽 表面沉上的镍，这样造成生产的不连续。运行成本也较高。化学镀金层的 硬度和耐磨性比电镀硬金差，能达到的厚度有限，不适合某些表面贴装的 焊接方法。电镀镍金的优缺点正相反。就现在的镀金工艺而言，能在光学玻璃表面镀一层高纯度、致密度金 层的造价绝对不菲。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用于观察重掺单晶生长的视窗玻璃， 该玻璃易加工工艺简单，适用于任何炉体。为达到上述的专利技术目的，本技术采用以下技术方案 这种用于观察重掺单晶生长的视窗玻璃，它包括密封玻璃和观察玻 璃，所述的密封玻璃为一块光学石英玻璃I，其大小和形状与原窗口玻 璃相同，其正、反两面的边缘均镀一层轨道形状的金层；在密封玻璃上放置观察玻璃，该观察玻璃为一小于炉体窗口大小的光学玻璃n，光学玻璃II的一面镀有金层，在镀金面的两端各带一与端面形状相应的支架。所述的密封玻璃的反面为处于真空环境的一面，其边缘镀金轨道内径要比观察窗口的形状略大一些，能够覆盖密封圈；密封玻璃的正面为面对外界的一面，其镀金轨道的内径要比窗口小。本技术的优点是玻璃易加工，组装简单，造价低廉，效果明显，适用于任何炉体，经久耐用。附图说明图1:直拉炉观察窗炉体部分结构示意图 图2a:观察窗观察玻璃示意图图2b:图2a的仰视图图3a:观察窗密封玻璃主视图(面对外界的一面---正面) 图3b:图3a的后视图(真空环境的一面—-反面) 图4:观察装置组装图具体实施方式任意的炉型，以KAYEX炉为例。KAYEX观察窗口由上、下两瓣形状如图1所示内通循环冷却水的金属窗体和外形如图3的石英玻璃组成。石英玻璃被夹在金属窗体之间，真 空环境的玻璃面下有一条密封圈保证密封性。图1中，1为炉体观察窗口的大小，2为炉体密封圈的位置。如图2 所示， 一块小于炉体窗口大小的光学玻璃I13，其中一面镀金即可，且在 镀金面的两端各加工出一个与端面形状相应的支架4。如图3a、图3b所示， 一块普通的光学级石英玻璃I和原窗口玻璃大小和形状相同。在正面5B、 反面5A的边缘都镀一层轨道形状的金层。用图3替换原来的窗口玻璃，组装到图1上，再将图2叠放于观察窗 口内即放于图3上。如图4所示。图3两面的轨道镀层因为外界环境不同，形状要求也不同1、 面对炉内真空状态的轨道5A:要求镀金部分不能暴露在炉室内部。 轨道的内径要比观察窗口的形状略大一些，但要能够覆盖密封圈。镀层完 全被炉体的冷却水部分掩盖。这样能有效的避免镀层上金属元素意外掉落到熔体内，而且没有镀层 部分的石英玻璃比有镀层的石英玻璃温度要高，拉晶过程中窗口的挥发物 会大量减少，清洁起来变得更加容易、对视窗的损坏也会降低。有了这层轨道的散热，能大大降低镀层部分的温度，保护炉体的密封性。2、 大气压下的镀金轨道5B:内径要比窗口略小一些，这主要是因为 图2的石英玻璃是要放进窗口和图3重叠的，所以口径肯定要比窗口小一 号，这样重叠后光线会从窗口和图2的缝隙中透射过来。这层轨道大出窗 口的部分主要就是挡住这些光线用的。因为距离冷却水近，镀层的温度不 会太高所以氧化的程度可忽略不记。图2中的镀金层主要作用是削弱从窗口透过来的光辐射。单面镀金即 可，镀金面朝下放置可以避免日常的一些刮蹭之类的异常损坏，金面上的 两个支脚是为了与图3保持一定的距离，这个距离可根据窗口的深度自由 调节；当辐射透过窗口经过这小段距离时就会被外界、室内的环境所削弱， 再经过图2金面的反射，温度会比以前窗口的温度低的多。整套装置，经久耐用、组装简单、造价低廉、效果明显。权利要求1、一种用于观察本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于观察重掺单晶生长的视窗玻璃，其特征在于：它包括：密封玻璃和观察玻璃，所述的密封玻璃为一块光学石英玻璃Ⅰ，其大小和形状与原窗口玻璃相同，其正、反两面的边缘均镀一层轨道形状的金层；在密封玻璃上放置观察玻璃，该观察玻璃为一小于炉体窗口大小的光学玻璃Ⅱ，光学玻璃Ⅱ的一面镀有金层，在镀金面的两端各带一与端面形状相应的支架。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓德辉，方锋，郑沉，周亮，皮小争，徐猛，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，有研半导体材料股份有限公司，国泰半导体材料有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]