專利名稱：一種多段控溫晶體生長爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體生長領(lǐng)域，具體涉及一種多段控溫晶體生長爐，用于熔鹽法晶體材料的生長。
背景技術(shù)：
熔鹽法是生長晶體的常用方法之一。比如溴化鉈(TlBr)材料具有較低的熔點(diǎn) )，而且其在熔點(diǎn)和室溫之間沒有破壞性的相變，所以TlBr晶體的生長通常采用熔鹽法。在熔鹽法生長晶體的過程中，溫場的精確控制對晶體生長尤為重要。常用的熔鹽法有布里奇曼法、區(qū)熔法、溫度梯度凝固法等，其中布里奇曼法是使石英安瓿在具有某一固定溫度梯度的生長爐中緩緩下降而生長晶體，而區(qū)熔法是將裝有原料的安瓿固定不動(dòng)而使加熱區(qū)移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)晶體的生長。在這兩種方法中都需要借助電機(jī)進(jìn)行位置的移動(dòng)，因而很難保證安瓿在整個(gè)生長過程中一直保持在爐膛的中心，從而會導(dǎo)致晶體生長速度不穩(wěn)定， 生長界面也會受到很大的干擾，從而影響最終的晶體質(zhì)量，另外，由于在絕大多數(shù)情況下晶體生長的速率并不等于安瓿或加熱器移動(dòng)的速率，因而這兩種方法對生長界面的溫度梯度也很難有精確的控制。
溫度梯度凝固法是通過精確控制生長爐的降溫速率，來實(shí)現(xiàn)固-液界面的穩(wěn)定移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)晶體的生長，在這種方法中普遍采用的生長設(shè)備為單控溫或雙控溫的生長爐， 其中單控溫生長爐有制作簡單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但它存在溫度梯度范圍窄、溫度梯度難于控制等缺點(diǎn)；雙控溫晶體生長爐為兩段控溫，即采用兩個(gè)獨(dú)立的控溫儀來分別控制兩個(gè)加熱元件，通過控制兩個(gè)加熱器的加熱速率、降溫速率和保溫溫度，來獲得合適的爐膛溫場和溫度梯度，因此，和單溫區(qū)生長爐相比，容易獲得所需的溫度梯度，但是在生長大尺寸的晶體方面，單溫區(qū)及雙控溫的生長爐的溫度梯度范圍仍然不能滿足應(yīng)用要求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種多段控溫晶體生長爐，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)多段加熱單元的溫度， 獲得所需的溫度梯度區(qū)間及合適的溫度梯度，從而實(shí)現(xiàn)大尺寸、高質(zhì)量單晶的生長。
一種多段控溫晶體生長爐，包括爐體，所述爐體上端設(shè)有安瓿懸掛裝置1，所述爐體外部設(shè)有爐體隔熱層5，所述爐體分為上保溫區(qū)2和下保溫區(qū)6，其特征在于，所述爐體上、下保溫區(qū)之間還設(shè)有生長區(qū)，所訴生長區(qū)包括在所述爐體中部軸向安置的多個(gè)加熱單元4，相鄰加熱單元之間設(shè)有隔熱層3。通過控制保溫區(qū)及生長區(qū)各個(gè)加熱單元溫度，滿足不同晶體生長所需的特定生長梯度和生長速率的需要。
所述加熱單元包括內(nèi)置加熱棒10的環(huán)片8，所述環(huán)片接有熱電偶。
所述環(huán)片采用紫銅、鋁、碳化硅等中的一種。
所述環(huán)片的內(nèi)圈為圓形，外圈可為圓形、正多邊形等等。環(huán)片的內(nèi)徑根據(jù)不同的晶體生長直徑選擇。
所述相鄰加熱單元之間的隔熱層采用氧化鋁泡沫磚、硅酸鋁纖維、陶瓷纖維等中的一種，其厚度一般可根據(jù)需要在5-10mm之間選擇。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1)采用多段控溫容易實(shí)現(xiàn)晶體生長所需要的溫度梯度和生長速度。
2)與布里奇曼法、區(qū)熔法等熔體法所需要的生長爐相比，本發(fā)明具有成本低、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)?？梢员ＷC晶體在生長過程中不會受到機(jī)械震動(dòng)的影響，安瓿在爐內(nèi)的位置也得以保持不變，這樣就可以保證晶體生長的穩(wěn)定性。
3)與單溫區(qū)或雙溫區(qū)生長爐相比，多段控溫晶體生長爐由于其內(nèi)部控溫點(diǎn)的增多，能夠?qū)μ荻葏^(qū)的溫場進(jìn)行更精細(xì)的控制，根據(jù)需要僅在生長界面附近產(chǎn)生較大的溫場而在其他區(qū)域保持恒定，減少凝固區(qū)處在較大溫場中熱應(yīng)力的產(chǎn)生，而且還可以有效地避免外界對生長區(qū)的干擾，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量單晶的生長。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的多段控溫晶體生長爐的結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的多段控溫晶體生長爐中加熱單元的局部放大圖。
具體實(shí)施方式
圖1給出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)例，本實(shí)例中生長區(qū)的加熱單元設(shè)有12個(gè)，環(huán)片采用紫銅，環(huán)片內(nèi)圈為圓形，外圈為正方形，相鄰加熱單元之間的隔熱層采用氧化鋁泡沫磚，隔熱層厚度為6mm。
滿足晶體生長的溫度梯度，主要依賴于晶體生長過程中固液面所處相鄰兩個(gè)加熱單元的溫差。生長不同的晶體時(shí)，綜合考慮晶體的性質(zhì)、生長效率及要求的晶體質(zhì)量等各方面的因素，選擇適合的溫度梯度，從而確定加熱單元的數(shù)量。例如，生長8mm低位錯(cuò)TlBr晶體時(shí)，生長界面附近的溫度梯度為10°C /cm比較合適，而凝固區(qū)和熔融區(qū)的溫度梯度則要盡量小，以降低晶體中的熱應(yīng)力。此外還要考慮熔融區(qū)溫度高于材料熔點(diǎn)20°C左右，凝固區(qū)溫度低于材料熔點(diǎn)20°C左右。這樣在生長區(qū)加熱單元厚度為Icm時(shí)梯度區(qū)為5個(gè)單元。 以生長TlBr晶體為例，首先將所有加熱單元同時(shí)緩慢升溫至480°C。保持一段時(shí)間待原料充分融化后，末端4個(gè)單元先后下降至440°C、450°C、460°C、470°C，形成一個(gè)梯度區(qū)長度為 5cm、溫度梯度為10°C /cm的梯度區(qū)，且材料的熔點(diǎn)處于梯度區(qū)的中間。此后隨著時(shí)間其他單元也按照一定的規(guī)則進(jìn)行降溫已達(dá)到在保持溫度梯度不變的情況下使等溫點(diǎn)跟隨生長界面的移動(dòng)而移動(dòng)，從而完成整個(gè)晶體生長?？梢愿鶕?jù)晶體生長速率通過相關(guān)的公式換算得到各加熱單元的降溫速率。
權(quán)利要求
1.一種多段控溫晶體生長爐，包括爐體，所述爐體上端設(shè)有安瓿懸掛裝置，所述爐體外部設(shè)有爐體隔熱層，所述爐體分為上保溫區(qū)和下保溫區(qū)，其特征在于，所述爐體上、下保溫區(qū)之間還設(shè)有生長區(qū)，所訴生長區(qū)包括在所述爐體中部軸向安置的多個(gè)加熱單元，相鄰加熱單元之間設(shè)有隔熱層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多段控溫晶體生長爐，其特征在于，所述加熱單元包括內(nèi)置加熱棒的環(huán)片，所述環(huán)片接有熱電偶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多段控溫晶體生長爐，其特征在于，所述環(huán)片采用紫銅、鋁、 碳化硅中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多段控溫晶體生長爐，其特征在于，所述環(huán)片的內(nèi)圈為圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多段控溫晶體生長爐，其特征在于，所述相鄰加熱單元之間的隔熱層采用氧化鋁泡沫磚、硅酸鋁纖維、陶瓷纖維中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多段控溫晶體生長爐，包括爐體，所述爐體上端設(shè)有安瓿懸掛裝置，所述爐體外部設(shè)有爐體隔熱層，所述爐體分為上保溫區(qū)和下保溫區(qū)，其特征在于，所述爐體上、下保溫區(qū)之間還設(shè)有生長區(qū)，所訴生長區(qū)包括在所述爐體軸向安置的多個(gè)加熱單元，相鄰加熱單元之間設(shè)有隔熱層。本發(fā)明可根據(jù)需要調(diào)節(jié)多段加熱單元的溫度，獲得所需的溫度梯度區(qū)間及合適的溫度梯度，從而實(shí)現(xiàn)大尺寸、高質(zhì)量單晶的生長。
文檔編號C30B35/00GK102517624SQ20111042302
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者傅邱云, 劉歡, 周東祥, 王晶, 胡云香, 趙俊, 鄭志平, 龔樹萍 申請人:華中科技大學(xué)