[发明专利]晶体生长设备

说明书

本发明涉及一种用于生长晶体的设备(100)。该设备包括腔室(101)和布置在腔室(101)的可加热的容纳空间(103)中的坩埚(102)，其中，坩埚(102)包括构造成用于在内部生长晶体的内部容积(104)。坩埚(102)包括底部(105)，相应的侧壁(106)从该底部延伸到坩埚(102)的顶部部段(107)。坩埚(102)包括至少一个沉积部段(D1至D7)，该沉积部段(D1至D7)构造成用于附着籽晶(108)，其中该沉积部段(D1至D7)形成在坩埚(102)的侧壁(106)与顶部部段(107)中的至少一者上。

技术领域

本发明涉及一种用于生长晶体的设备和一种用于生长晶体的方法。

背景技术

单晶体或单晶固体是一种整个样品的晶格是连续完整直至样品的边缘而没有晶界的材料。不存在与晶界相关的缺陷可以赋予单晶特有的性能，特别是机械、光学和电学性能，根据晶体结构的类型，这些性能也可以是各向异性的。除了使它们成为珍贵的宝石外，这些性能还被工业用于技术应用，尤其是在光学和电子领域。

晶体生长是随着更多的分子或离子添加它们在晶格中的位置而使得预先存在的晶体变大的过程。晶体被定义为以在所有三个空间维度上延伸的有序重复图案——即晶格——中排列的原子、分子或离子。因此，晶体的生长与液滴的生长不同在于：在生长过程中，分子或离子必须落入正确的晶格位置才能使晶体井然有序地生长。

类似于诸如无机盐之类的一般低分子量化合物的情况，诸如蛋白质之类的生物大分子的结晶基本上适于执行从含有大分子的水溶液或无水溶液中除去溶剂从而达到过饱和状态进而使晶体生长的处理。为此的典型方法是例如分批法、渗析法和气液相关扩散法，这些方法根据样品的类型、数量、特性等进行选择。

例如，晶体生长可以用于获得半导体(例如，硅、锗及砷化镓)、金属(例如，钯、铂、银、金)、盐和合成宝石的单晶。

进一步的应用可以是生长在电子工业中用来制造如集成电路之类的半导体器件的单晶硅的大型柱体锭或晶锭。

为了使晶体生长，将坩埚放置在炉室内。为了形成晶体成分，在坩埚的内部布置籽晶。籽晶通常由期望的晶体材料制成，该期望的晶体材料是要形成的晶体成分的材料。对炉进行加热而使得以熔融和液态提供坩埚内部的晶体材料。晶体成分通过从坩埚底部的籽晶开始生长晶体成分而形成。

但是，在生长过程中很难提供稳定的温度、压力和气体。因此，很难生长出大尺寸且高质量的由SiC和Al₂O₃等制成的单晶。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于生长晶体的炉，该炉具有用于生长大晶体的均匀气氛。

该目的通过根据独立权利要求的用于生长晶体的设备和用于生长晶体的方法来解决。

根据本发明的第一方面，提出了一种用于生长晶体的设备。该设备包括腔室和设置在腔室的可加热容纳空间中的坩埚，其中，坩埚包括内部容积，该内部容积构造成用于供晶体在内部生长。坩埚包括底部，相应的侧壁从该底部延伸到坩埚的顶部部段。坩埚包括至少一个沉积部段，该沉积部段构造成用于附着籽晶，其中，该沉积部段形成在坩埚的侧壁和顶部部段中的至少一者上。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于生长晶体的方法。根据该方法，将籽晶附着到坩埚的沉积部段，其中，该沉积部形成在坩埚的侧壁和顶部部段中的至少一者上。此外，晶体在布置在腔室的可加热容纳空间中的坩埚的内部容积内生长。

该设备可以是包括腔室的炉，该腔室提供用于坩埚的可加热容纳空间。该设备和坩埚分别加热坩埚的内部容积，直到达到期望的温度。在内部容积内可以提供的温度可以是100℃至1400℃，优选地约为2100℃或更高。腔室可以包括隔绝材料，使得坩埚的内部容积与围绕壳体的环境——即，中间容积——热隔离。