[实用新型]一种制备大尺寸单晶的装置

说明书

一种制备大尺寸单晶的装置，属于半导体材料制备领域，具体涉及将多块小尺寸单晶通过固态连接方式制备成大尺寸单晶的装置。包括水冷炉、密闭置于水冷炉中的固态连接室、置于固态连接室内的组合夹具，组合夹具固定多个晶块，使用顶柱或应力压块通过组合夹具对晶块施压，水冷炉中设置围绕固态连接室的加热丝，真空管道连通固态连接室，在组合夹具附近设置有热偶。有益效果：1、可以实现将小尺寸的单晶块连接制备成大尺寸的单晶，2、制备过程中，不必考虑孪晶、多晶化等在传统单晶生长过程中需要注意的问题，3、设备简单，4、理论上可以制备任意尺寸的单晶。

技术领域

本实用新型属于半导体材料制备领域，具体涉及将多块小尺寸单晶通过固态连接方式制备成大尺寸单晶的装置。

背景技术

化合物半导体材料是电子信息产业技术体系发展的重要基础支撑技术之一，其广泛应用于光纤通信、移动通信、导航、探测等领域，已经成为各国竞相发展的热点。化合物半导体单晶衬底是是制备各类电子器件的基础，半导体单晶的尺寸越大，所制备器件的成本就越低，半导体单晶衬底的尺寸体现了国家半导体行业发展的竞争力。

但是，半导体单晶衬底的尺寸越大，使用传统方法制备的难度也越大：单晶炉设备的尺寸大，单晶生长温度场的稳定性和对称性要求高，对设备的仪器的要求高。同时坩埚的尺寸也会相应的增加，为了建立温度梯度，坩埚边缘的温度也就越来越高，这会导致坩埚强度降低甚至不能承受高温而污染熔体。同时，能源的利用率也会相应的降低。因此，从设备和耗材的角度来说，仅仅靠无限制的增大炉体，增大保温及加热器的尺寸、坩埚尺寸及炉体尺寸遇到了越来越多的问题。

位错及夹杂物等微观缺陷会严重影响后续器件的质量及产率，化合物半导体中的孪晶和多晶化是不可接收的宏观缺陷。位错和孪晶及多晶化是一对矛盾，位错的降低需要降温温度梯度，但是温度梯度的降低会增加孪晶的几率和多晶化的形成。因此，从生长角度来说，制备高品质低缺陷的大尺寸单晶的难度也越来越大。

发明内容

本实用新型提出了一种新的思路，将多块小尺寸单晶，通过固态连接方式制备大尺寸单晶。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种制备大尺寸单晶的装置，所述装置包括水冷炉、密闭置于水冷炉中的固态连接室、置于固态连接室内的组合夹具。

组合夹具固定多个晶块，使用顶柱或应力压块通过组合夹具对晶块施压。

水冷炉中设置围绕固态连接室的加热丝。

真空管道连通固态连接室。

在组合夹具附近设置有热偶。

进一步地，为了使用不同外形的单晶体，提出了两种组合夹具：

第一种包括两个圆形卡具，圆形卡具的内表面为与晶块的外形匹配的圆弧形，圆弧的弧度小于180°。

第二种包括相对设置的两组立方形单晶体卡具，立方形单晶体卡具内表面为平面，长度小于晶块组合后的长度。

进一步地，为了在挥发性气氛下进行连接，固态连接室经挥发气管连通挥发室。

采用本实用新型提供的装置，小块单晶切割后，选取物理特性整体将近或者分布相近且拼接面晶向精度较高的单晶块，拼接面经过定向、抛光、酸洗及高温真空处理，使用组合夹具固定后，根据半导体热物理特性的不同，选择固态连接室和水冷炉，进而实现半导体单晶块之间的高精度、高均匀物理特性的界面固态连接，从而完成更大尺寸单晶的制备。

有益效果：1、可以实现将小尺寸的单晶块连接制备成大尺寸的单晶，2、制备过程中，不必考虑栾晶、多晶化等在传统单晶生长过程中需要注意的问题，3、设备较单晶生长设备简单，4、理论上可以制备任意尺寸的单晶。

附图说明

图1为圆柱型单晶块组合夹具组装图，