[发明专利]一种晶体生长装置及利用该装置生长晶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体生长装置及利用该装置生长晶体的方法，属于晶体生长技术领域。

背景技术

冷坩埚法是一种从熔体中生长晶体的技术，从冷坩埚保持的熔体中自发生长晶体。1967年以来，冷坩埚法制备晶体技术得到了快速的发展，但是，目前利用冷坩埚技术定向引晶的技术还不成熟，晶体生长过程也很难控制。因此，有必要探索一种引晶过程简单、晶体生长过程可控的晶体生长装置及利用该装置生长晶体的方法。

发明内容

针对现有技术所存在的上述问题和缺陷，本发明的目的是提供一种晶体生长装置及利用该装置生长晶体的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种晶体生长装置，包括：铜管、水冷坩埚、感应线圈、水冷底座，其特征在于：还包括热交换器，所述的热交换器从水冷底座中心穿出且高出水冷底座50～200mm，且在所述的热交换器内设有输送冷却气体的进气口和出气口。

一种利用所述的晶体生长装置生长晶体的方法，包括如下步骤：

a)在水冷坩埚下部的水冷底座上放置籽晶，在水冷坩埚内填入待熔化的原料；

b)启动熔化，产生使原料熔化的启动熔体体积，使水冷坩埚内的原料完全熔化；

c)通过控制高频场的功率和热交换器内冷却气体的流量，使水冷坩埚内的原料充分熔化成熔体，籽晶既不熔掉也不长大；

d)冷却籽晶，由冷却气体的流量控制冷却籽晶的速度，使籽晶与熔体接触处开始结晶，实现晶体生长；

e)启动下降系统，使坩埚从感应线圈中逐渐退出，熔体底部与高频场的作用减弱，熔体底部逐渐结晶，结晶结束后，逐渐降温至室温，即可获得包含单晶的晶体锭。

进一步说，在水冷坩埚内填入待熔化原料的体积优选为坩埚体积的5％～20％。

进一步说，产生使原料熔化的启动熔化体积优选为1000～5000cm³。

进一步说，步骤c)中的高频场功率推荐控制在200～300KW。

进一步说，步骤c)中的冷却气体的流量推荐控制在在10～400L/min。

进一步说，步骤d)中的冷却气体的流量推荐控制在在10～400L/min。

进一步说，步骤e)中的下降速率推荐控制在0.5～5mm/h。

进一步说，步骤e)中的降温速率推荐控制在10～50℃/h。

所述的冷却气体优选为氦气。

与现有技术相比，本发明通过在冷坩埚的下部设置一个热交换器，在热交换器内通入冷却气体，通过控制冷却气体的流量来控制籽晶和晶体的温场，通过控制高频场的功率控制熔体的温场，两者相互独立，使引晶过程变得简单，晶体生长过程可控，可缩短晶体生长周期，节约生产成本；另外，本发明装置结构简单、使用成本低；总之，本发明提供的晶体生长装置及利用该装置生长晶体的方法均能满足工业化生产要求，具有工业应用价值。

附图说明

图1为本发明提供的一种晶体生长装置的剖面结构示意图。

图中：1、铜管；2、水冷坩埚；3、熔体；4、感应线圈；5、单晶；6、多晶料；7、生成结晶的熔体外壳；8、未熔化料；9、水冷底座；10、热交换器；11、进气口；12、出气口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示：本发明提供的一种晶体生长装置，包括：铜管1、水冷坩埚2、感应线圈4、水冷底座9，其特征在于：还包括热交换器10，热交换器10从水冷底座9中心穿出且高出水冷底座50～200mm，且在所述的热交换器10内设有输送冷却气体的进气口11和出气口12。

利用上述的晶体生长装置生长晶体的方法，包括如下步骤：

a)在水冷坩埚下部的水冷底座上放置籽晶，在水冷坩埚内填入待熔化的原料，待熔化原料的填入体积优选为坩埚体积的5％～20％；

b)启动熔化，产生使原料熔化的启动熔化体积，即，1000～5000cm³，使水冷坩埚内的原料完全熔化；

c)通过控制高频场的功率在200～300KW和控制热交换器内冷却气体的流量在10～400L/min，使水冷坩埚内的原料充分熔化成熔体，籽晶既不熔掉也不长大；

d)冷却籽晶，控制冷却籽晶的冷却气体的流量在10～400L/min，使籽晶与熔体接触处开始结晶，实现晶体生长；