一种氧化镓晶体的生长控制方法及生长装置与流程

本发明涉及晶体生长，尤其涉及的是一种氧化镓晶体的生长控制方法及生长装置。

背景技术：

1、氧化镓(ga2o3)是一种透明半导体氧化物，在其五种同分异构体(α，β，ε，δ，γ)中，β相是最稳定的一种构型，而且能够由其他亚稳态相氧化镓在空气中进行足够长时间的高温处理转化而来。β-ga2o3材料广泛应用于金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、肖特基势垒二极管(sbd)和光电探测器等技术方面。

2、目前氧化镓晶体生长控制方法通常采用倒模法实现，但是倒模法的生长方式对操作人员要求高，需要具有极其丰富的氧化镓生长经验和培训成本高。另一方面，倒模法生长过程中还需要根据监控数据进行实时调控，人为操作响应及时性差，且工艺的重复性无法保障，不利于氧化镓晶体的稳定生长。

3、因此，现有技术有待于进一步的改进。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明提供了一种氧化镓晶体的生长控制方法及生长装置，目的在于克服现有技术中通过人工操作的方式实现氧化镓晶体生长的控制，进而导致氧化镓晶体生长的稳定性和生长成本高的缺陷。

2、本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

3、第一方面，本实施例公开了一种氧化镓晶体的生长控制方法，其中，包括：

4、获取生长控制参数；其中，所述生长控制参数包括：引晶控制参数、缩径控制参数、放肩控制参数和等径控制参数；

5、基于所述引晶控制参数控制生长炉内的氧化镓原料执行引晶操作，得到初步生长的氧化镓晶体；

6、基于所述缩径控制参数对所述引晶操作完成后的氧化镓晶体进行缩径操作，得到缩小直径的氧化镓晶体；

7、基于所述放肩控制参数控制缩小直径的氧化镓晶体执行放肩操作得到放大直径的氧化镓晶体；

8、基于等径控制参数对放大直径的氧化镓晶体进行等径操作得到直径一致的氧化镓晶体。

9、可选地，所述生长炉内设置有提拉轴、测温热电偶、测温红外探头、重量传感器、压力传感器；所述引晶控制参数包括：第一提拉速度、热电偶测试温度、红外温度、重量参数、炉内压力值；

10、所述基于所述引晶控制参数控制生长炉内的氧化镓原料执行引晶操作，得到初步生长的氧化镓晶体的步骤包括：

11、按照第一提拉速度控制生长炉内的提拉轴下降，并同步检测提拉轴是否与籽晶相接触；

12、当检测到提拉轴下降到与籽晶相接触时，在预设热电偶测试温度、和红外温度和炉内压力值下，控制提拉杆继续下降指定距离，完成引晶操作。

13、可选地，所述缩径控制参数包括:第二提拉速度和输出功率；

14、所述基于所述缩径控制参数对所述引晶操作完成后的氧化镓晶体进行缩径操作，得到缩小直径的氧化镓晶体的步骤包括：

15、同步控制输出功率和第二提拉速度，当输出功率上升至预设功率值，得到缩小直径的氧化镓晶体。

16、可选地，所述放肩控制参数包括：输出功率、热电偶测试温度、红外温度和炉内压力值；

17、所述基于所述放肩控制参数控制缩小直径的氧化镓晶体执行放肩操作得到放大直径的氧化镓晶体的步骤包括：

18、实时监测红外温度和炉内压力值，调整输出功率使红外温度达到目标温度值，并判断重量变化幅度是否处于增加状态；

19、若重量变化幅度处于增加状态且重量上升至目标数值，则调节热电偶测试温度在预设范围内，并根据当前重量值来实时调整提拉速度，当氧化镓晶体重量值与当前距离在预设放肩值时，完成放肩操作，得到放大直径的氧化镓晶体。

20、可选地，所述基于等径控制参数对放大直径的氧化镓晶体进行等径操作得到直径一致的氧化镓晶体的步骤包括：

21、当氧化镓晶体的当前提拉速度等于预设提拉速度时，记录提拉轴的当前位置和当前氧化镓晶体的重量值；

22、根据提拉轴的当前位置和当前氧化镓晶体的重量值确定所述氧化镓晶体的标准重量变化幅度和当前重量变化幅度；

23、控制在预定的热电偶测试温度和炉内压力值下，基于所述氧化镓晶体的标准重量变化幅度和当前重量变化幅度控制生长炉的输出功率，以及在所述输出功率下对籽晶进行向上提拉，以执行等径操作。

24、可选地，所述基于所述氧化镓晶体的标准重量变化幅度和当前重量变化幅度控制生长炉的输出功率的过程具体包括：

25、基于所述氧化镓晶体的提拉速度确定所述氧化镓晶体的理论提拉路程；

26、当所述标准重量变化幅度与预设增加率变量值之和大于等于所述当前重量变化幅度，且所述标准重量变化幅度与预设增加率变量值之差小于等于所述当前重量变化幅度时；

27、基于所述氧化镓晶体的理论提拉路程调整所述生长炉的输出功率；

28、当所述标准重量变化幅度与预设增加率变量值之差大于所述当前重量变化幅度时；

29、基于所述氧化镓晶体的初始位置和理论提拉路程调整所述生长炉的输出功率；

30、当所述标准重量变化幅度预设增加率变量值之和小于所述当前重量变化幅度时；

31、基于所述氧化镓的当前位置和理论提拉路程调整所述生长炉的输出功率。

32、可选地，所述基于所述氧化镓晶体的理论提拉路程调整所述生长炉的输出功率的过程具体包括：

33、当所述理论提拉路程大于所述氧化镓晶体的当前位置时，将所述生长炉的输出功率调整为生长炉降温速率相同的值；

34、当所述理论提拉路程小于等于所述籽晶的当前位置时，重新判断所述标准重量变化幅度和所述当前重量变化幅度的大小关系。

35、可选地，所述基于所述氧化镓晶体晶的初始位置和理论提拉路程调整所述生长炉的输出功率的过程具体包括：

36、判断当前所述氧化镓晶体的等径阶段是否为首次等径阶段；

37、若当前的等径阶段不为所述氧化镓晶体的首次等径阶段，则进行预设时间的暂停操作，降低当前提拉速度为0，并将所述生长炉的输出功率调整为预设功率；

38、当所述氧化镓晶体的理论提拉路程大于所述氧化镓晶体的当前位置时，将所述生长炉的功率调整为第一预设功率；

39、当所述氧化镓晶体的理论提拉路程小于等于所述氧化镓晶体的当前位置时，将所述生长炉的功率调整为第二预设功率。

40、可选地，所述基于所述氧化镓晶体的初始位置和理论提拉路程调整所述生长炉的输出功率的过程具体包括：

41、当所述氧化镓晶体的当前位置大于所述理论拉脱距离与预设距离之和且所述氧化镓晶体的当前重量变化幅度小于预设拉脱率时，确定所述生长炉的提拉速度，基于所述提拉速度设置所述生长炉的输出功率；

42、当所述氧化镓晶体的当前位置小于等于所述理论拉脱距离与预设距离之和且所述当前重量变化幅度大于理论增加率时，暂停当前等径操作，设置所述生长炉的输出功率为第三预设功率；

43、当所述氧化镓晶体的当前位置小于等于所述理论拉脱距离与预设距离之和且所述当前重量变化幅度小于理论增加率时，设置当前提拉速度为预设速度，并基于所述氧化镓晶体的理论提拉路程和所述氧化镓晶体的当前位置确定所述生长炉的输出功率。

44、第二方面，本实施例还公开了一种氧化镓晶体的生长装置，其中，包括：氧化镓晶体生长的生长炉、与所述生长炉相连接的人机hm i模块和plc控制模块；

45、所述人机hm i模块，用于获取生长控制参数，并将生长控制参数传输至plc控制模块；

46、所述plc控制模块，用于根据接收到的生长控制参数输出对生长炉中的氧化镓晶体的生长控制信号，并将生长控制信号发送至生长炉；

47、所述生长炉，用于接收所述生长控制信号，并对氧化镓晶体的生长过程执行相应的控制操作；

48、所述生长炉包括中空反应腔体、设置在所述反应腔体内的提拉轴、升降温控制器和重量传感器；

49、所述提拉轴，用于根据接收到的生长控制参数对氧化镓晶体的生长速度进行控制；

50、所述升降温控制器，用于根据接收到的温度控制指令，调节反应腔体内的温度；

51、所述重量传感器，用于采集所述反应腔体内氧化镓晶体的重量数据，并将重量数据传输至plc控制模块。

52、有益效果，本发明提供了一种氧化镓晶体的生长控制方法及生长装置，分别获取引晶控制参数、缩径控制参数、放肩控制参数和等径控制参数，基于引晶控制参数控制生长炉内的氧化镓原料执行引晶操作，得到初步生长的氧化镓晶体；基于所述缩径控制参数对所述引晶操作完成后的氧化镓晶体进行缩径操作，得到缩小直径的氧化镓晶体；基于所述放肩控制参数控制缩小直径的氧化镓晶体执行放肩操作得到放大直径的氧化镓晶体；基于等径控制参数对放大直径的氧化镓晶体进行等径操作得到直径一致的氧化镓晶体。本实施例装置及方法可以实现对氧化镓晶体生长的自动控制，避免了人工操作时的稳定性差和生长成本高的缺陷。