垂直布里奇曼法生长Ⅱ-Ⅵ族化合物晶体的装置及方法与流程

本申请涉及半导体，尤其涉及一种垂直布里奇曼法生长ⅱ-ⅵ族化合物晶体的装置及方法。

背景技术：

1、常规垂直布里奇曼法晶体生长装置缺陷：

2、①两段独立加热炉温场调整余地小，很难获得适合晶体生长的温场分布，容易出现高温、低温恒温区长度不够，影响生长过程中熔体的温度、熔体上方空间气氛的压力和晶体的热应力，导致晶体生长过程不稳和晶体内部裂纹。

3、②梯度区轴向温度梯度不够大，使结晶潜热不能快速稳定输运，容易导致生长过程出现温度过冷或成分过冷，出现非匀速结晶现象，影响晶体的结构质量。

4、③梯度区径向温度分布容易出现“中心高、边缘低”的现象，导致固液界面呈凹形，容易在边缘产生晶核，不利于单晶长大，同时容易在晶体内部产生沉淀、夹杂、气泡或裂纹。

5、④没有结晶起点定位，导致生长存在盲目性，起点太高无法结晶造成资源浪费，起点太低导致底部料还未完全熔化，不利于后续晶核培育和成长。

6、常规垂直布里奇曼法晶体生长方法缺陷：

7、无法模拟生长条件测试调整晶体生长温场分布，安瓿在炉膛中严重影响热辐射、热对流和热传导，在无安瓿条件下测出的温场分布与有安瓿的实际生长过程温度分布差异较大，导致晶体生长温场分布存在很大的不可预见性。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种垂直布里奇曼法生长ⅱ-ⅵ族化合物晶体的装置及方法，用以提出一种适用于具有高温、挥发或高压、有毒、偏析等特性的ⅱ-ⅵ族化合物的晶体生长装置。

2、本申请实施例提供一种垂直布里奇曼法生长ⅱ-ⅵ族化合物晶体的装置，包括：

3、陶瓷炉管，具有指定的长度、内径和壁厚，其中所述陶瓷炉管的内径是依据生长目标晶体直径来设定的，所述陶瓷炉管的长度依据目标晶体和安瓿的长度来设定，所述陶瓷炉管的外壁轴向设置有多段炉丝，相邻段的炉丝按照预设规律间隔分布，其中下段炉丝的间距比上段炉丝的间距大，各段的炉丝的长度可以不同，各段控温热电偶头伸入炉管内；

4、隔热环，数量为2，设置在所述陶瓷炉管内壁、梯度区上下，采用保温材料制成，用以获得合适的温度梯度，隔热环的内外径由所述陶瓷管内径和安瓿外径设定，且所述隔热环表面平整光滑；

5、安瓿，用以盛装生长晶体的配料，高纯石英材质制成，其下端与安瓿支撑导热杆连接，可基于所述安瓿支撑导热杆在所述陶瓷炉管内移动、旋转。

6、结晶起点监测热偶，设置在安瓿底部锥尖下面，s型热电偶，用以定位结晶起点的温度和位置。

7、可选地，所述陶瓷炉管包括六段炉丝，依序各段炉丝的长度为140±2mm、130±2mm、130±2mm、70±2mm、200±2mm、200±2mm；

8、各段炉丝的控温热电偶为s型热电偶，位于各段炉丝高度中心附近，各段炉丝的控温热电偶头与炉管内壁基本平行。

9、可选地，所述陶瓷炉管的六段炉丝，依序各段炉丝的间隔满足第一炉段炉丝间隔2±1mm，第二、第三炉段炉丝间隔3±1mm，第四、第五、第六炉段炉丝间隔5±1mm。

10、可选地，所述陶瓷炉管的内径为生长目标晶体直径的1.2-2倍。

11、可选地，所述安瓿外观顶部及底部均呈锥形，其中部内径为所述陶瓷炉管的内径的0.5-0.7倍。

12、可选地，所述安瓿支撑导热杆，与升降旋转机构连接，分为两段，与所述安瓿连接的一段为陶瓷管，与所述升降旋转机构连接的一段为耐高温不锈钢管。

13、可选地，所述隔热环采用氧化铝泡沫保温材料制成，所述隔热环的在炉膛中通过间隔指定角度的多根支撑棒支撑。

14、本申请实施例还提出一种垂直布里奇曼法生长ⅱ-ⅵ族化合物晶体的方法，基于如前述的垂直布里奇曼法生长ⅱ-ⅵ族化合物晶体的装置实现，包括如下步骤：

15、模拟晶体生长条件，调整生长炉各段温度控制器的温度定值，以使得所述陶瓷炉管内的温场分布趋近于理想温场分布；

16、按照调整后的相关控制参数，控制所述陶瓷炉管，并基于安瓿执行所需的晶体生长。

17、通过本申请的生长装置和生长方法，模拟生长条件，优化晶体生长温场分布，减少了晶体生长的盲目性，提高了晶体生长的工艺重复性、单晶率和成品率。能够适用于具有高温、挥发或高压、有毒、偏析等特性的ⅱ-ⅵ族化合物的晶体生长。

18、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

技术特征：

1.一种垂直布里奇曼法生长ⅱ-ⅵ族化合物晶体的装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的垂直布里奇曼法生长ⅱ-ⅵ族化合物晶体的装置，其特征在于，所述陶瓷炉管包括六段炉丝，依序各段炉丝的长度为140±2mm、130±2mm、130±2mm、70±2mm、200±2mm、200±2mm；

3.如权利要求2所述的垂直布里奇曼法生长ⅱ-ⅵ族化合物晶体的装置，其特征在于，所述陶瓷炉管的六段炉丝，依序各段炉丝的间隔满足第一炉段炉丝间隔2±1mm，第二、第三炉段炉丝间隔3±1mm，第四、第五、第六炉段炉丝间隔5±1mm。

4.如权利要求1所述的垂直布里奇曼法生长ⅱ-ⅵ族化合物晶体的装置，其特征在于，所述陶瓷炉管的内径为生长目标晶体直径的1.2-2倍。

5.如权利要求4所述的垂直布里奇曼法生长ⅱ-ⅵ族化合物晶体的装置，其特征在于，所述安瓿外观顶部及底部均呈锥形，其中部内径为所述陶瓷炉管的内径的0.5-0.7倍。

6.如权利要求5所述的垂直布里奇曼法生长ⅱ-ⅵ族化合物晶体的装置，其特征在于，所述安瓿支撑导热杆，与升降旋转机构连接，分为两段，与所述安瓿连接的一段为陶瓷管，与所述升降旋转机构连接的一段为耐高温不锈钢管。

7.如权利要求1所述的垂直布里奇曼法生长ⅱ-ⅵ族化合物晶体的装置，其特征在于，所述隔热环采用氧化铝泡沫保温材料制成，所述隔热环的在炉膛中通过间隔指定角度的多根支撑棒支撑。

8.一种垂直布里奇曼法生长ⅱ-ⅵ族化合物晶体的方法，其特征在于，基于如权利要求1-7任一项所述的垂直布里奇曼法生长ⅱ-ⅵ族化合物晶体的装置实现，包括如下步骤：

技术总结本申请提出了一种适用于具有高温、高压、有毒、偏析等特性的Ⅱ‑Ⅵ族化合物的晶体生长装置和方法，晶体生长装置包括：陶瓷炉管，其外壁轴向设置有多段炉丝，相邻段炉丝按照预设规律间隔分布，其中下段炉丝间距比上段炉丝间距大，各段控温热电偶头伸入炉管内；隔热环，设置在陶瓷炉管内壁、梯度区上下，用以获得合适温度梯度；安瓿，用以盛装生长晶体的配料，其下端与安瓿支撑导热杆连接，可基于安瓿支撑导热杆在陶瓷炉管内移动、旋转；结晶起点监测热电偶，设置在安瓿下面，用以确定结晶起点温度和位置。本申请的装置便于调整生长炉轴向、径向温场，获得并保持理想晶体生长的温场分布，避免晶体生长的盲目性。技术研发人员：刘克岳受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十一研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/11