一種晶體的生長裝置及生長方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于晶體生長技術領域，尤其涉及一種晶體的生長裝置及生長方法。
【背景技術】
[0002] 傳統(tǒng)的熔體法晶體生長技術包括提拉法，下降法，浮區(qū)法，泡生法，溫度梯度法，熱 交換法，冷坩堝法，導模法，火焰法等。
[0003] 目前得到發(fā)展的這些晶體生長技術，仍具有一定的局限性。提拉法和導模法生長 晶體時可以實時觀察，但難以生長不一致熔融或者具有較低熱導率的晶體；下降法、溫度梯 度法和熱交換法可以生長具有較低熱導率的晶體，但無法實時觀察晶體生長情況，也無法 生長不一致熔融的晶體；泡生法和冷坩堝法利于制備較大尺寸的晶體，但無法生產(chǎn)不一致 熔融的晶體；火焰法可以生長不一致熔融的晶體、較低熱導率或者表面張力較低的晶體，也 可以原位觀察晶體生長情況，但火焰法生長的晶體應力較大，缺陷較多，仍存在較多的局限 性。
[0004] 浮區(qū)法由Keck等人在1953年發(fā)明，后逐漸發(fā)展出光學浮區(qū)法，該方法在現(xiàn)有技術 中應用較為廣泛?？茖W出版社出版的《晶體生長科學與技術》一書中詳細描述了光學浮區(qū) 法的原理特點。光學浮區(qū)法可以生長不一致熔融的晶體，也可以實現(xiàn)晶體生長的實時觀察， 因此，光學浮區(qū)法近年得到了很大的發(fā)展。
[0005] 光學浮區(qū)法生長晶體在光學浮區(qū)爐內進行，如公開號為CN 104389013 A的中國專 利公開了一種光學浮區(qū)法生長晶體的裝置，該裝置主要由籽晶棒旋轉臺、料棒旋轉臺和加 熱系統(tǒng)組成，但是這種裝置無法生長具有較低表面張力的晶體，并且難以生長容易氧化的 晶體。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種晶體的生長裝置及生長方法，采用本發(fā)明提供的晶體 生長裝置，不僅可以生長常規(guī)光學浮區(qū)法所能生長的晶體之外，還能夠生長具有較低表面 張力的晶體、容易氧化的晶體和有易揮發(fā)組分的晶體。
[0007] 一種晶體的生長裝置，包括：聚光屏；
[0008] 設置在聚光屏內的紅外光源和透明的坩堝，所述紅外光源設置在所述坩堝的周 圍；
[0009] 用于支撐所述坩堝的支撐桿；
[0010] 所述支撐桿和坩堝通過坩堝托相連接。
[0011] 優(yōu)選的，所述坩堝為透明陶瓷坩堝、玻璃坩堝或透明晶體坩堝。
[0012] 優(yōu)選的，所述坩堝包括坩堝壁和坩堝底，所述坩堝壁具有傾角，所述坩堝底設置有 籽晶槽。
[0013] 優(yōu)選的，所述坩堝的紅外波段透過率多80%。
[0014] 優(yōu)選的，所述坩堝的熔點比所生長的晶體的熔點高400~2000°C。
[0015] 優(yōu)選的，所述紅外光源為無影鹵素燈，所述紅外光光源的個數(shù)為2~4個。
[0016] 優(yōu)選的，所述紅外光源以所述坩堝的中心鉛垂線為軸線對稱分布在所述坩堝的周 圍。
[0017] 優(yōu)選的，所述支撐桿為可升降和旋轉的支撐桿。
[0018] 本發(fā)明提供一種晶體的生長方法，包括以下步驟：
[0019] 將多晶依次進行熔化和凝固，得到預處理的多晶；
[0020] 采用上述生長裝置，將預處理的多晶在坩堝內進行加熱，進行晶體的生長，得到單 晶。
[0021] 優(yōu)選的，所述加熱的過程具體包括：
[0022] 以第一溫度對多晶進行加熱，加熱20~60min后以第一速率降溫至第二溫度，對 多晶進行加熱，進行晶體的生長，晶體生長結束后以第二速率降溫至第三溫度，得到晶體；
[0023] 所述第一溫度為所生長晶體熔點以上50~100°C ;
[0024] 第二溫度為所生長晶體熔點以上0~25°C ;
[0025] 第三溫度為20~35 °C ;
[0026] 第一速率為1~10°C /小時；
[0027] 第二速率為20~50°C /小時。
[0028] 浮區(qū)法生長晶體效率高，用料少，在材料科學研宄領域具有明顯的優(yōu)勢?？茖W出版 社出版的《晶體生長科學與技術》一書中詳細描述了光學浮區(qū)法的原理特點。浮區(qū)法熔區(qū) 的維持，依靠熔體表面張力的作用，并有熔體所能維持的高度L與熔體的表面張力γ和熔 體的密度P的關系式如下：
[0029] ^ = 2.8 f- 式 1 \Pg
[0030] 其中，g為重力加速度?？梢姡绻垠w的表面張力過小，而且密度過大，就很難形 成穩(wěn)定的恪區(qū)。例如Bi 4Ge3O12晶體，晶體的密度是7. 13g/cm3,表面張力是233mN/m (Journal of Crystal Growth, 1994 ; 137:509-515.)，g 是 9. 8m/s2,根據(jù)計算，L 為 5mm，恪區(qū)較短，米 用現(xiàn)有的光學浮區(qū)爐生長較為困難，本發(fā)明研宄發(fā)現(xiàn)，含有不具有表面活性的氧化物例如 Al2O3, CaO, MgO, 3102等，熔體的表面張力增加，晶體生長相對容易；含有表面活性的B2O3, V205, P205, PbO, K20、鍺酸鉍等，熔體的表面張力降低，晶體生長相對較難。此外，現(xiàn)有的光學 浮區(qū)爐開放式的生長方式極不適合在生長具有易揮發(fā)組分的材料以及易氧化的材料，例如 氟化鈣、碲鋅鎘等晶體。
[0031] 本發(fā)明提供了一種晶體的生長裝置，包括：聚光屏；設置在聚光屏內的紅外光源 和透明的坩堝，所述紅外光源設置在所述坩堝的周圍；用于支撐所述坩堝的支撐桿；所述 支撐桿和坩堝通過坩堝托相連接。本發(fā)明提供的生長裝置采用透明的坩堝作為晶體生長的 場所，進行晶體生長時，本發(fā)明提供的晶體的生長裝置除了可以生長常規(guī)光學浮區(qū)法所能 生長的晶體之外，還能夠生長表面張力較低的晶體、容易氧化的晶體和有易揮發(fā)組分的晶 體，實驗結果表明，本發(fā)明提供的生長裝置得到的晶體結晶性能良好，無氣泡等缺陷，單晶 重復率較尚，不同批次間單晶質量差異小。成晶率在90~100%之間。
【附圖說明】
[0032] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0033] 圖1為本發(fā)明提供的晶體生長裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 本發(fā)明提供一種晶體生長裝置，包括：聚光屏；
[0035] 設置在聚光屏內的紅外光源和透明的坩堝，所述紅外光源設置在所述坩堝的周 圍；
[0036] 用于支撐所述坩堝的支撐桿；
[0037] 所述支撐桿和坩堝通過坩堝托相連接。
[0038] 本發(fā)明提供的生長裝置能夠生長表面張力較低的晶體。
[0039] 參見圖1，圖1為本發(fā)明提供的晶體生長裝置的結構示意圖，圖1中，1為聚光屏，2 為紅外光源，3為坩堝，4為坩堝托，5為支撐桿，6為坩堝壁，7為坩堝底，8為籽晶槽。
[0040] 本發(fā)明提供的生長裝置包括聚光屏1，所述聚光屏的作用主要是將紅外光源發(fā)出 的紅外光匯聚到某一處，集中對某一處進行加熱。在本發(fā)明中，所述聚光屏的形狀優(yōu)選為兩 個半球殼形狀，所述聚光屏優(yōu)選為不銹鋼聚光屏，本發(fā)明對所述聚光屏的尺寸沒有特殊的 限制，具有能夠容納所述坩堝和紅外光源的空間即可。
[0041] 本發(fā)明提供的生長裝置包括紅外光源2,所述紅外光源設置在所述聚光屏的內部， 所述紅外光源優(yōu)選為無影鹵素燈，所述紅外光源的個數(shù)優(yōu)選為2~4個，更優(yōu)選為3個，所 述紅外光源設置在所述坩堝的周圍，優(yōu)選以所述坩堝的中心鉛垂線為軸線對稱分布在所述 坩堝的周圍，所述紅外光源優(yōu)選在同一個水平面上，以增強紅外光的匯聚效果。
[0042] 本發(fā)明提供的生長裝置包括坩堝3,所述坩堝為晶體生長的場所，為透明坩堝，以 便紅外光能夠透過，對坩堝內的多晶以及籽晶進行加熱。所述坩堝的紅外波段透過率優(yōu)選 多80%，更優(yōu)選多85%，最優(yōu)選多90% ;所述坩堝要求熱穩(wěn)定性好，可以耐受較大的溫度 梯度，優(yōu)選能夠耐受20°C /mm以上的溫度梯度；所述坩堝的熔點優(yōu)選高于坩堝內部所生長 的晶體，優(yōu)選比所生長的晶體的熔點高400~2000°C，更優(yōu)選高500~1500°C，最優(yōu)選高 600~1200°C。并且，本發(fā)明中的坩堝不與所生長晶體的熔體中的任何一種成分發(fā)生反應， 也不會被所生長的晶體的熔體侵蝕。在