[发明专利]水平温度梯度法生长大尺寸高温晶体的装置及方法

权利要求书

1.一种水平温度梯度法生长大尺寸高温晶体的装置，其特征是：包括一个生长炉，在生长炉上设有抽真空接口，在生长炉内设有四周保温筒（301），在四周保温筒（301）的左端部设有左保温罩（311），在四周保温筒（301）的右端部设有右保温罩（312），在四周保温筒（301）的内部中心位置设有坩埚（401），坩埚（401）的形状为圆台形，在坩埚（401）的下方设有坩埚托座（601），坩埚（401）放置在坩埚托座（601）上，在坩埚托座（601）的底端部固定有坩埚托杆（611），坩埚托杆（611）滑动安装在四周保温筒（301）上，在左保温罩（311）上设有左生长梯度提供发热体（211），左生长梯度提供发热体（211）设置在左保温罩（311）的右方，在右保温罩（312）上设有右生长梯度提供发热体（212），右生长梯度提供发热体（212）设置在右保温罩（312）的左方，在四周保温筒（301）的筒侧壁上设有圆筒形高温环境提供发热体（201），圆筒形高温环境提供发热体（201）套在坩埚（401）的外部，且圆筒形高温环境提供发热体（201）、左生长梯度提供发热体（211）、右生长梯度提供发热体（212）均与坩埚（401）呈同轴设置，穿过四周保温筒（301）并在圆筒形高温环境提供发热体（201）的筒侧壁上从左向右均匀间隔设置若干个第一热电偶（101），穿过左保温罩（311）并在左生长梯度提供发热体（211）上中心位置从上而下均匀间隔设置若干个第二热电偶（111）。

2.使用权利要求1所述的装置生长晶体的方法包括如下步骤：

a、将原料装入坩埚（401）内，生长炉内抽真空至1.0×10^-3~1.0×10^-4Pa后，圆筒形高温环境提供发热体（201）通电，以2~5千瓦/小时的速率加热；

b、利用第一热电偶（101）测量整个温场的径向温度梯度，利用第二热电偶（111）测量整个温场的轴向温度梯度；

c、当第一热电偶（101）测量温度达到比晶体的熔点低200~300℃时，停止圆筒形高温环境提供发热体（201）的升温，启动左生长梯度提供发热体（211）与右生长梯度提供发热体（212）；

d、左生长梯度提供发热体（211）和右生长梯度提供发热体（212）分别以0.5~1千瓦/小时和1~2千瓦/小时的速率继续加热，直到位于最左方的第一热电偶（101）的测量温度为原料的熔点；

e、根据第一热电偶（101）与第二热电偶（111）的读数判断出温场的温度梯度，在保持位于最左方的第一热电偶（101）测量温度不变的情况下，调整圆筒形高温环境提供发热体（201）、左生长梯度提供发热体（211）与右生长梯度提供发热体（212）的相对功率比例，调节温场的轴向、径向温度梯度，直到适合晶体的生长，；

f、将整个温场的轴向和径向温度梯度调节到适合晶体生长的最佳值恒温3~6小时，以100~300瓦/小时的速率同时降低左生长梯度提供发热体（211）和右生长梯度提供发热体（212）的功率，使得晶体生长界面缓慢均匀地向右生长梯度提供发热体（211）方向推移，直至位于最右方的第一热电偶（101）测量温度低于晶体的熔点；

g、晶体生长完毕后，调整左生长梯度提供发热体（211）与右生长梯度提供发热体（212）的相对加热功率，使第一热电偶（101）与第二热电偶（111）测量的温度温差最小或者整个温场的温度梯度为零；

h、同时以300~500瓦/小时同速率降低圆筒形高温环境提供发热体（201）、左生长梯度提供发热体（211）与右生长梯度提供发热体（212）的功率，实现晶体的原位退火。