[发明专利]一种用于溶液法晶体生长的坩埚系统

说明书

本发明涉及一种用于溶液法晶体生长的坩埚系统，属于晶体生长中热场设计技术领域。本发明的坩埚系统，包括炉体内胆、散热底盘和坩埚。散热底盘置于炉体内胆下部，所述的坩埚置于炉体内胆内的散热底盘上。坩埚由坩埚本体和坩埚密封盖组成，坩埚密封盖盖在坩埚本体上，坩埚本体具有椭圆型底部结构本发明的坩埚系统，可以用于无籽晶法或者底部带籽晶的溶液法晶体生长中，通过特殊的散热设计，即可保证在溶液法生长晶体过程中界面为水平或微凸状态，有利于提高晶体生长质量。同时由于该设计结构简单，具有较强的可靠性，便于获得重复性生长结果。

技术领域

本发明涉及一种用于溶液法晶体生长的坩埚系统，属于晶体生长中热场设计技术领域。

背景技术

随着我国电子元器件产业需求的提高，对元器件所需晶体材料质量等提出了较高的需求。其中一些晶体由于其材料特性等限制，被证明采用溶液法进行晶体生长是比较好的方法。比如采用THM(移动加热器法)法所生长的CdZnTe(碲锌镉)晶体能有效避免晶体缺陷多、组分不均匀、夹杂多等影响元器件特性的问题。同样在光隔离器上有很重要应用的YIG(钇铁石榴石)晶体目前仍多采用溶液法进行生长。

采用溶液法进行晶体生长，目前存在一个比较大的问题是溶液在降温过程中需要控制界面温度分布，尽量使得结晶生长界面处于平或微凸的形状，这样有利于晶粒长大以及减少晶体内杂质含量。为了便于初期形核以及生长控制，采用逐渐放大的锥形底坩埚是目前经常采用的方法。但是锥形底坩埚存在比较大的问题便是放肩生长到一半的位置时会造成界面形状严重内凹，会造成在此处坩埚壁面上形成大量晶核，从而导致生长失败或晶体质量很差的现象。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于溶液法晶体生长的坩埚系统，考虑晶体生长初期过程中坩埚底部的热场变化，对晶体溶液法生长中坩埚的结构进行改进，以有利于高质量晶体的生长。

本发明提出的用于溶液法晶体生长的坩埚系统，包括炉体内胆、散热底盘和坩埚；所述的散热底盘置于炉体内胆下部，所述的坩埚置于炉体内胆内的散热底盘上；坩埚由坩埚本体和坩埚密封盖组成，坩埚密封盖盖在坩埚本体上，坩埚本体具有椭圆型底部结构，椭圆型底部结构满足下式：

其中，h为设计晶体生长界面高度，r为设计晶体生长界面半径，R为坩埚所在炉胆的散热底盘半径，k为晶体材料的导热系数，ε为晶体材料发射率，从相关手册获取，T_g为晶体生长界面温度，为晶体生长工艺中的已知温度，根据用于晶体生长的溶液成分决定，可以从相关手册获取，T_0,h为当生长界面上升到h位置时散热底盘的温度，需要在工装设计前测定，σ为Stefan-Boltzmann常数，σ＝5.67×10^‐8W/(m^‐2·K^‐4)，α为生长界面处坩埚表面切线角度；

通过数值计算的方式，求解上式，得到r与h的关系，即确定坩埚本体椭圆型底部的结构。

本发明提出的用于溶液法晶体生长的坩埚系统，其优点是：

本发明提出的坩埚系统中，其中坩埚底部设计为椭圆形，考虑晶体导热与辐射散热关系，通过坩埚形状的设计和散热底盘对坩埚散热进行控制，使得在坩埚降温过程中晶体生长界面一直保持在水平或微凸状态，因此特别有利于高质量晶体的生长。本发明的坩埚系统可以用于无籽晶法或者底部带籽晶的溶液法晶体生长。本发明的坩埚系统，由于设计结构简单，具有较强的可靠性，便于获得重复性生长结果。

附图说明

图1为本发明提出的用于溶液法晶体生长的坩埚系统的结构示意图。

图1中，1为炉体内胆，2为散热底盘，3为辐射散热通道，4为坩埚，5为坩埚密封盖，6为晶体生长界面。

具体实施方式