一種熱場(chǎng)協(xié)調(diào)控制的提拉法晶體生長(zhǎng)爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于晶體生長(zhǎng)設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種熱場(chǎng)協(xié)調(diào)控制的提拉法晶體生長(zhǎng)爐。
【背景技術(shù)】
[0002]提拉法，又稱直拉法、Cz法，是一種目前最流行的塊狀單晶體生長(zhǎng)技術(shù)，傳統(tǒng)的提拉法裝置由加熱系統(tǒng)(加熱、控溫和保溫)、氣氛控制系統(tǒng)(真空、氣路、充氣)、傳動(dòng)系統(tǒng)(提拉、旋轉(zhuǎn))等構(gòu)成。該方法的優(yōu)勢(shì)在于可測(cè)試和觀察生長(zhǎng)界面、定向籽晶、“縮頸”技術(shù)、“收尾“技術(shù)、可旋轉(zhuǎn)坩禍和晶體，因而控制方便，能獲得較快的生長(zhǎng)速率和很高的產(chǎn)品性能均勻性，成品率遠(yuǎn)大于其它晶體生長(zhǎng)方式。該方法的劣勢(shì)在于坩禍的污染、流動(dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)的非穩(wěn)定性等，除此之外，生長(zhǎng)界面附近較大的溫度梯度保證了高生長(zhǎng)率的同時(shí)，導(dǎo)致了生長(zhǎng)界面和晶體內(nèi)部很高的熱應(yīng)力，與熱應(yīng)力相關(guān)的缺陷較大，如采用提拉法生長(zhǎng)的藍(lán)寶石由于位錯(cuò)密度太高，無(wú)法用作GaN基LED中GaN襯底的制備。
[0003]由于提拉法的重要性，目前已申請(qǐng)的專利較多。中國(guó)專利申請(qǐng)2009101168954公開(kāi)了一種Cz直拉法單晶爐，使直拉法單晶爐的最大取棒行程明顯增加。中國(guó)專利申請(qǐng)201310745105.5公開(kāi)了一種提高直拉法單晶生長(zhǎng)速度的單晶爐，通過(guò)導(dǎo)流筒內(nèi)的冷卻裝置，強(qiáng)化生長(zhǎng)界面附近的晶體冷卻效果，增大晶體的縱向溫度梯度，從而大幅提高晶體的生長(zhǎng)速度。然而，這些實(shí)用新型并不能克服提拉法固有的缺陷，使設(shè)備局限于某種特殊材料的制備，缺乏通用性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提出一種多參數(shù)協(xié)調(diào)熱場(chǎng)控制的新型提拉法晶體生長(zhǎng)爐，不僅能有效提高提拉法系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和可重復(fù)性，從而提高高質(zhì)量單晶的生產(chǎn)率，節(jié)約生長(zhǎng)成本，也可以提高其通用性，適用于各種不同溫度梯度生長(zhǎng)條件的晶體制備。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種熱場(chǎng)協(xié)調(diào)控制的提拉法晶體生長(zhǎng)爐，包括絕熱外殼及設(shè)置在絕熱外殼內(nèi)的生長(zhǎng)室，生長(zhǎng)室設(shè)置有坩禍，絕熱外殼的外部設(shè)置有用于對(duì)坩禍進(jìn)行加熱的主電磁感應(yīng)線圈，主電磁感應(yīng)線圈與絕熱外殼的外壁之間存在間距，所述主電磁感應(yīng)線圈的下方設(shè)置有副電磁感應(yīng)線圈，主電磁感應(yīng)線圈和副電磁感應(yīng)線圈之間存在間距，有多根底部進(jìn)氣管和多根中部進(jìn)氣管伸入絕熱外殼內(nèi)，絕熱外殼的頂部設(shè)置有氣流出口，所述氣流出口作為籽晶桿的移動(dòng)通道，所述絕熱外殼內(nèi)設(shè)置有用于削弱輻射傳熱的可伸縮遮熱板和用于調(diào)整生長(zhǎng)室局部溫度的頂部輔助電阻加熱器，所述可伸縮遮熱板能調(diào)整伸入生長(zhǎng)室的長(zhǎng)度，可伸縮遮熱板和頂部輔助電阻加熱器均位于坩禍的上方。
[0006]優(yōu)選地，所述絕熱外殼包括底座及放置在底座上的外絕熱層，外絕熱層上承接有頂蓋，外絕熱層的內(nèi)腔套裝有頂部絕熱層，頂蓋位于頂部絕熱層的上方，所述氣流出口包括設(shè)置在頂蓋上的上出口和設(shè)置在頂部絕熱層上的下出口。
[0007]優(yōu)選地，所述絕熱外殼內(nèi)設(shè)置有能上下移動(dòng)的可移動(dòng)絕熱層，所述可移動(dòng)絕熱層兩端開(kāi)口呈筒形并圍住坩禍，可移動(dòng)絕熱層位于底部進(jìn)氣管和中部進(jìn)氣管之間。
[0008]優(yōu)選地，所述絕熱外殼內(nèi)設(shè)置有內(nèi)絕熱層，所述絕熱外殼內(nèi)設(shè)置有內(nèi)絕熱層，內(nèi)絕熱層與頂部絕熱層、底座圍成所述的生長(zhǎng)室；所述內(nèi)絕熱層包括上部絕熱層和下部絕熱層，所述可伸縮遮熱板置于上部絕熱層和下部絕熱層之間，所述上部絕熱層的頂端和下部絕熱層的底端分別與頂部絕熱層和底座固定連接，所述可移動(dòng)絕熱層圍住下部絕熱層，所述中部進(jìn)氣管和底部進(jìn)氣管均穿過(guò)下部絕熱層。
[0009]優(yōu)選地，所述頂部輔助電阻加熱器呈筒形，其開(kāi)口朝下，頂部設(shè)置有便于籽晶桿穿過(guò)的通孔，其對(duì)稱軸與絕熱外殼的軸線重合且安裝在頂部絕熱層與可伸縮遮熱板之間。
[0010]優(yōu)選地，所述絕熱外殼內(nèi)設(shè)置有底部絕熱層及安裝在底部絕熱層上的可旋轉(zhuǎn)支座，所述坩禍設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)支座上。
[0011]優(yōu)選地，所述多根底部進(jìn)氣管沿絕熱外殼的周向均勻分布，其個(gè)數(shù)為偶數(shù)。
[0012]優(yōu)選地，所述多根中部進(jìn)氣管沿絕熱外殼的周向均勻分布，其個(gè)數(shù)與底部進(jìn)氣管相同，并且每根中部進(jìn)氣管與設(shè)置在其正下方的一根底部進(jìn)氣管成對(duì)平行排列。
[0013]優(yōu)選地，所述可伸縮遮熱板由三個(gè)弧形塊組成，每個(gè)弧形塊的弧度為120°，每個(gè)弧形塊均能沿絕熱外殼的徑向移動(dòng)從而相互分開(kāi)或靠攏，弧形塊相互靠攏接觸后能形成環(huán)形盤(pán)。
[0014]優(yōu)選地，所述主電磁感應(yīng)線圈的圈數(shù)為7?9圈，副電磁感應(yīng)線圈的圈數(shù)為3?5圈，所述主電磁感應(yīng)線圈其可沿絕熱外殼的軸向上下移動(dòng)，其移動(dòng)行程為3?5cm。
[0015]總體而言，通過(guò)本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0016]I)本實(shí)用新型通過(guò)多參數(shù)協(xié)調(diào)控溫，可以在化料期提高坩禍內(nèi)部溫度，縮短化料時(shí)間；
[0017]2)可以在穩(wěn)態(tài)生長(zhǎng)期提供與晶體和坩禍形狀協(xié)調(diào)一致的、高度軸對(duì)稱的流場(chǎng)和溫場(chǎng)，既能保護(hù)坩禍，提高其使用壽命，降低總生產(chǎn)成本，又能提高生長(zhǎng)爐的穩(wěn)定性和可靠性。
[0018]3)結(jié)合溫場(chǎng)的宏觀調(diào)控(多區(qū)域加熱系統(tǒng))和微觀調(diào)控(可移動(dòng)絕熱層、可伸縮遮熱板移動(dòng)和冷氣流流量控制)使提拉法通用性更強(qiáng)，可以滿足不同晶體材料生長(zhǎng)對(duì)凝固界面溫度梯度的需要。
[0019]4)本實(shí)用新型能有效的抑制晶體缺陷，提高晶體質(zhì)量，也能顯著的提高晶體成品率，降低生產(chǎn)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型的俯視不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0023]如圖1?圖2所示，一種熱場(chǎng)協(xié)調(diào)控制的提拉法晶體生長(zhǎng)爐，包括絕熱外殼24及設(shè)置在絕熱外殼24內(nèi)的生長(zhǎng)室23，生長(zhǎng)室23設(shè)置有坩禍20，優(yōu)選地，所述絕熱外殼24包括底座9及放置在底座9上的外絕熱層11，外絕熱層11上承接有頂蓋12，外絕熱層11的內(nèi)腔套裝有頂部絕熱層13，頂蓋12位于頂部絕熱層13的上方，所述氣流出口 3包括設(shè)置在頂蓋12上的上出口和設(shè)置在頂部絕熱層13上的下出口。所述絕熱外殼24的外部設(shè)置有用于對(duì)坩禍20進(jìn)行加熱的主電磁感應(yīng)線圈5，主電磁感應(yīng)線圈5與絕熱外殼24的外壁之間存在間距，所述主電磁感應(yīng)線圈5的下方設(shè)置有副電磁感應(yīng)線圈4，主電磁感應(yīng)線圈5與副電磁感應(yīng)線圈4并不是連接在一起的，二者之間存在間距。
[0024]有多根底部進(jìn)氣管I和多根中部進(jìn)氣管2伸入絕熱外殼24內(nèi)，底部進(jìn)氣管I和中部進(jìn)氣管2通入一定溫度的保護(hù)氣體，不僅可以有效地調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度以滿足特定晶體18不同制備過(guò)程的溫度要求，而且還能將爐腔內(nèi)雜質(zhì)排出，進(jìn)一步提高晶體18生長(zhǎng)的質(zhì)量。
[0025]絕熱外殼24的頂部設(shè)置有氣流出口 3，所述氣流出口 3對(duì)稱中心與籽晶桿16對(duì)稱中心重合，籽晶桿16可在氣流出口 3沿其軸線做螺旋運(yùn)動(dòng)，底部進(jìn)氣管I和中部進(jìn)氣管2進(jìn)入的氣體被加熱后，從此氣流