[发明专利]控制炉内坩埚的温度

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生长晶体的炉系统，并且涉及一种用于生长晶体 的方法。具体地，本发明涉及一种包括控制炉内坩埚的温度的炉系统。

背景技术

在传统的用于生长晶体的炉中，坩埚被放置在炉腔的内部。为了形成 一个晶体成分，晶种或籽晶被布置在坩埚内。晶种通常由是将要形成的晶 体成分的材料的所期望的晶体材料制成。炉被加热以使得坩埚内的晶体材 料变成熔融和液体状态。

通过从位于坩埚底部的籽晶开始生长晶体成分而形成晶体成分。为了 实现从坩埚的底部生长晶体，坩埚的底部的温度必须被精确地控制，以使 得不熔化籽晶并且使得已生长出的固体晶体成分不会由于温度变化而再 次变成液体。因此，炉底部应该比顶部更冷，优选地具有最小化对流的稳 定化的温度梯度。由于垂直方向上的温度梯度，所以坩埚中的材料可从底 部向顶部凝固。

在传统的炉系统中，已知的是使用冷却的坩埚轴和/或可移动的温度 屏蔽件来冷却该坩埚的底部和与已形成的晶体成分。通过冷却的轴或温度 屏蔽件，可以控制坩埚中的晶体液体从底部向上的受控的凝固，并且可以 在坩埚中提供期望的温度梯度。此外，已知的是从炉的底部提取热量。

发明内容

本发明的一个目的可以是提供一种改善液晶的受控凝固以便生长晶 体的炉。

为了实现上面限定的目的，给出根据独立权利要求的一种用于生长晶 体的炉系统和用于生长晶体的方法。

根据本发明的第一方面，提出一种用于生长晶体的炉系统。该炉系统 包括用于生长晶体的坩埚和包括具有内部容积的壳体的炉，该内部容积形 成加热区。坩埚布置在内部容积中，其中壳体包括连接内部容积与壳体的 环境(即中间容积)的通孔。绝热塞能够可移动地插入通孔中，以分别控 制(即，通过辐射)从坩埚和内部容积向外的热提取。绝热塞没有与坩埚 有力传递接触。

根据本发明的另一方面，提出一种用于生长晶体的方法。根据该方法， 提供一种坩埚。该坩埚布置在炉的壳体的内部容积中，其中壳体包括连接 内部容积与壳体的环境(即中间容积)的通孔。绝热塞可移动地插入通孔 中，以分别控制(即，通过辐射)从坩埚和内部容积向外的热提取。绝热 塞没有与坩埚有力传递接触。

该炉包括容纳内部容积的壳体。该炉包括加热元件，尤其是辐射加热 元件，其加热内部容积直至达到期望的温度。在内部容积内可以提供的温 度可以是100℃至1000℃，优选高达约2100℃或更高。壳体由绝热材料 制成，以使得内部容积与包围壳体的环境(即中间容积)热隔离。该炉还 可以包括容纳壳体的外壳体。中间容积形成在外壳体和壳体之间，以使得 例如热交换器的另一炉设备可以安装在中间容积中。在操作条件下可以在 内部容积和中间容积内产生炉的真空气氛。可替代地，在操作条件下可以 在内部容积和中间容积内产生炉的惰性气体气氛。

坩埚包括内部生长容积。籽晶元件可以放置在坩埚内。籽晶元件由期 望的单晶材料(例如蓝宝石)制成。此外，原始材料，例如期望的晶体材 料，例如高纯度氧化铝裂片，被放入坩埚的内部生长容积中。当坩埚内的 温度升高时，初始材料变成熔融态。炉适于以这样的方式加热坩埚：例如 使得从壳体的底部至壳体的顶部的温度梯度是可调整的。换句话说，坩埚 的底表面可保持得温度比坩埚的与坩埚的底表面分隔开的区域低。

从壳体(尤其是坩埚)的底部至坩埚的顶部的这种受控的温度梯度通 过在壳体中(例如在壳体的底部中)形成通孔而被调整，以在内部容积和 中间容积之间提供热辐射耦合。

为了控制通过壳体的通孔的热提取，绝热塞被塞入并且可移动地插入 通孔中。因此，当坩埚的底表面温度太高时，绝热塞远离坩埚移动以允许 更多的辐射损耗，从而热可以通过辐射而通过通孔被提取。当坩埚的底表 面温度太低时，绝热塞通过通孔并且朝向坩埚移动以暂停通过通孔的热提 取。相应的温度传感器可以安装在内部容积中以分别测量坩埚和内部容积 的底部与顶部之间的温度梯度。因此，可以在每一种操作模式下较好地调 整内部容积与环境之间的能量传递，并且能量传递可以减小至当绝热塞例 如被完全插入通孔时围绕的壳体绝热的能量损失值。