一种辅助熔料的装置和方法

本发明涉及晶体生长，尤其涉及一种辅助熔料的装置和方法。

背景技术：

1、提拉法又称丘克拉斯基法，是丘克拉斯基(j.czochralski)在1917年发明的从熔体中提拉生长高质量单晶的方法。提拉法可以通过温场的调节及其晶体旋转的搅拌效应的充分运用，获得合适的自然对流和强迫对流，从而可以进行有效的杂质输运，这是目前所报道的其他晶体生长方法所不具备的优点。另外，由于提拉法生长时坩埚不与晶体接触，从而可以减少寄生成核和生长应力，有利于提高晶体质量。现在提拉法成为生长单晶的最重要技术，尤其针对于光电领域的半导体和光学晶体。

2、提拉法晶体生长首先需要将原料熔化，在原料熔化特别是二次化料时，由于温度梯度的存在，导致坩埚中底部的原料后先熔化，熔化后的原料体积增大，在上面的原料还没有熔化时，熔体会向坩埚的侧壁和底部施加压力，导致坩埚形变，当坩埚尺寸越大时，坩埚形变就会越明显。形变的坩埚不仅会改变晶体生长的温度梯度和冷心位置，甚至会发生漏料等问题，因此变形的坩埚需要及时重新加工，这将导致晶体生长成本的增加。

技术实现思路

1、基于此，针对目前在提拉法晶体生长中，在原料熔化时，易导致坩埚形变的技术问题，提供一种辅助熔料的装置和方法，

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供的一种辅助熔料的装置，安装在提拉法晶体生长的炉体内，所述炉体内设置有坩埚，所述装置包括：

4、辅助加热机构，其设置在坩埚上方并可与坩埚开口端端面接触；以及

5、升降机构，其用于驱动辅助加热机构在坩埚上方升降。

6、作为本发明上述方案的进一步改进，所述辅助加热机构包括：

7、加热筒，其位于坩埚上方并与坩埚同轴设置；

8、发热件一，其套设在加热筒外部，其在通电的情况下，能够发热；以及

9、电源一，其与发热件一电连接并为发热件一供电。

10、作为本发明上述方案的进一步改进，所述炉体为电阻加热炉，发热件一采用加热丝，加热丝套设在保温罩一的外表面。

11、作为本发明上述方案的进一步改进，所述炉体为感应加热炉，发热件一采用感应线圈，感应线圈套设在保温罩一的外表面。

12、作为本发明上述方案的进一步改进，所述辅助熔料的装置还包括：

13、保温罩一，其设置在发热件一与加热筒之间并坩埚同轴设置，其内径小于坩埚的内径且其底面与坩埚的顶面贴合。

14、作为本发明上述方案的进一步改进，发热件一与保温罩一之间的间距不大于10mm，发热件一的高度不大于坩埚、保温罩一的高度；

15、和/或，加热筒的材质与坩埚的材质相同，且其高度不大于坩埚、保温罩一的高度，加热筒的内径满足：加热筒的内壁与待长晶体之间的距离不小于10mm。

16、作为本发明上述方案的进一步改进，升降机构驱动辅助加热机构上升的距离不小于200mm。

17、本发明提供的一种如前所述的辅助熔料的装置的辅助熔料方法，坩埚内装有供晶体从其中生长的原料，坩埚外部安装有加热机构，其包括以下步骤：

18、s1.升降机构驱动辅助加热机构下降至与坩埚开口端面接触；启动加热机构、辅助加热机构对坩埚加热，控制加热机构、辅助加热机构升温速率一致；

19、s2.待坩埚内的原料完全熔化后，升降机构驱动辅助加热机构上升且辅助加热机构停止加热；

20、s3.提高加热机构的加热温度，防止坩埚内的原料重新凝固。

21、作为本发明上述方案的进一步改进，在所述步骤s2中，升降机构驱动辅助加热机构上升的距离不小于200mm。

22、作为本发明上述方案的进一步改进，所述加热机构包括：

23、保温罩二，其套装在坩埚的外部；

24、发热件二，其套设在保温罩二的外表面；以及

25、电源二，其与发热件二电连接并为发热件二供电。

26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

27、1.本发明提供的辅助熔料的装置，加热坩埚进行熔料时，通过辅助加热机构对坩埚开口端进行加热，减小熔料过程中坩埚上下部分的温度梯度，使得坩埚内上下部分的原料同步熔化，减小熔体对坩埚底部和侧面施加的压力，进而防止坩埚的形变，确保晶体生长正常进行。

28、2.本发明升降机构驱动辅助加热机构上升的距离不小于200mm，能够防止破坏晶体生长所需的固液界面温度梯度，保证了晶体的正常生长。

技术特征：

1.一种辅助熔料的装置，其安装在提拉法晶体生长的炉体内，所述炉体内设置有坩埚(1)，其特征在于，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的辅助熔料的装置，其特征在于，所述辅助加热机构包括：

3.根据权利要求2所述的辅助熔料的装置，其特征在于，所述炉体为电阻加热炉，发热件一(3)采用加热丝。

4.根据权利要求2所述的辅助熔料的装置，其特征在于，所述炉体为感应加热炉，发热件一(3)采用感应线圈。

5.根据权利要求2所述的辅助熔料的装置，其特征在于，所述辅助熔料的装置还包括：

6.根据权利要求5所述的辅助熔料的装置，其特征在于，发热件一(3)与保温罩一(2)之间的间距不大于10mm，发热件一(3)的高度不大于坩埚(1)、保温罩一(2)的高度；

7.根据权利要求1所述的辅助熔料的装置，其特征在于，所述升降机构驱动所述辅助加热机构上升的距离不小于200mm。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的辅助熔料的装置的辅助熔料方法，坩埚(1)内装有供晶体从其中生长的原料，坩埚(1)外部安装有加热机构，其特征在于，其包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的辅助熔料的方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述升降机构驱动所述辅助加热机构上升的距离不小于200mm。

10.根据权利要求8所述的辅助熔料的方法，其特征在于，所述加热机构包括：

技术总结本发明涉及一种辅助熔料的装置和方法。所述装置安装在提拉法晶体生长的炉体内，所述炉体内设置有坩埚，所述装置包括辅助加热机构以及升降机构。辅助加热机构设置在坩埚上方并可与坩埚开口端端面接触。升降机构用于驱动辅助加热机构在坩埚上方升降。本发明提供的辅助熔料的装置，在熔料时，通过辅助加热机构对坩埚开口端进行加热，减小熔料过程中坩埚上下部分的温度梯度，使得坩埚内上下部分的原料同步熔化，减小熔体对坩埚底部和侧面施加的压力，进而防止坩埚的形变，确保晶体生产正常进行。技术研发人员：孙贵花,张庆礼,王小飞,刘文鹏,罗建乔,谷长江受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/5/29