一種vb/vgf單晶生長用支撐結構及其加工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及晶體材料制備技術，具體涉及一種VB/VGF單晶生長用支撐結構及其加工方法。
【背景技術】
[0002]隨著晶體材料制備技術的不斷發展，各種用途所需的晶體材料都要求材料本身的均勻性好、缺陷密度低、熱應力小。由于VB (垂直布里奇曼)/VGF (垂直梯度凝固)單晶生長工藝的溫度梯度小、所生長的材料的缺陷密度小、熱應力小，均勻性好，而且具有設備簡單，等徑控制好、運行成本低、技術比較成熟等優點，成為當前晶體材料制備的主流技術。且該技術可用于多種規格、多種品種的晶體材料的生長，如II1- V族和I1-VI族材料的晶體制備。
[0003]VB/VGF晶體生長的工藝過程是將準備好的多晶料及籽晶等裝入事先準備好的坩禍內，然后將坩禍裝入石英安培瓶中，在真空狀態下燒結，最后將真空狀態的坩禍-石英安培瓶系統裝入VB/VGF單晶爐中的支撐結構上，采用坩禍系統移動或分段降溫的方法進行晶體生長。
[0004]在VB/VGF晶體生長工藝中，坩禍-石英安培瓶系統的支撐部件對晶體生長的成敗是最為關鍵的影響因素之一。該支撐部件的組成結構及其導熱情況對晶體生長工藝的籽晶熔接、放肩的成功與否影響尤為重要。
[0005]原有的支撐部件由石英纖維紙卷繞燒制成的內芯、石英支撐管及石英纖維紙卷繞燒制成的外套組成。為保證晶體生長工藝的一致性，石英支撐管的一端只能使用一次，正常情況下，石英支撐管的兩端均可使用。由于石英纖維紙卷繞燒制成的外套緊緊纏繞在石英支撐管的外壁，使用兩次的石英支撐管將無法更換，只能將石英纖維紙卷繞燒制成的外套與石英支撐管一起報廢。另外，石英纖維紙卷繞燒制成的外套在使用過程中容易開裂，影響晶體生長熱場的穩定性及成晶率。同時，石英纖維紙卷繞燒制成的外套在卷繞時會產生大量飛塵，對人體有害；石英纖維紙在焙燒過程中釋放出大量有毒有害氣體，污染環境。
【發明內容】
[0006]鑒于上述現有技術存在的問題和缺陷，本發明提供一種VB/VGF單晶生長用支撐結構及其加工方法，以解決現有晶體生長工藝中使用的石英纖維紙卷繞燒制成的外套使用次數少，容易開裂而影響熱場及成晶不穩定的問題，以保證批量生產過程中的工藝穩定性，提高規模生產的成品率，降低生產成本。
[0007]本發明采取的技術方案是:一種VB/VGF單晶生長用支撐結構，其特征在于，該支撐結構包括監控熱偶、陶瓷纖維紙內芯、石英支撐管、莫來石外套、石英導熱棒和陶瓷纖維紙小塊；所述的監控熱偶裝入陶瓷纖維紙內芯中，陶瓷纖維紙內芯裝入石英支撐管內，石英支撐管裝入莫來石外套內，石英導熱棒裝入陶瓷纖維紙內芯，其上端至陶瓷纖維紙內芯中部，陶瓷纖維紙小塊間隔塞入莫來石外套與石英支撐管之間，即組成所述的支撐結構。
[0008]本發明所述的一種VB/VGF單晶生長用支撐結構的加工方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1).根據設計尺寸將莫來石外套加工成圓柱桶形狀，并將一端的內壁打磨成一定的弧度；
(2).根據石英支撐管的內徑尺寸卷繞陶瓷纖維紙內芯；
(3).將卷繞好的陶瓷纖維紙內芯塞入石英支撐管內；
(4).將裝有陶瓷纖維紙內芯的石英支撐管裝入烤爐內進行烘烤；
(5).將烘烤后的陶瓷纖維紙內芯從石英支撐管內取出，加工到需要的尺寸，并安裝監控熱偶；
(6).將加工好的陶瓷纖維內芯裝入石英支撐管；
(7).將石英支撐管裝入莫來石外套內；
(8).用陶瓷纖維紙小塊塞入莫來石外套與石英支撐管之間；
(9).將組裝好的支撐結構件裝入VB/VGF晶體生長爐中，調整好與晶體生長爐的同心度及相對位置，即可投料進行晶體生長。
[0009]本發明所產生的有益效果是:通過采取本結構進行晶體生長，解決了因陶瓷纖維紙外套易碎、開裂等影響晶體生長工藝穩定性問題，該莫來石外套及陶瓷纖維內芯可以重復使用，保證了晶體生長過程的可重復性，有效地提高了生產效率及晶體成晶率，為規模、批量生產提供了可靠保障。本結構適用于2、3、4及6英寸晶體生長工藝過程。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明的一種VB/VGF單晶生長用支撐結構示意圖。
【具體實施方式】
[0011]以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明:
參照圖1，一種VB/VGF單晶生長用支撐結構包括監控熱偶4、陶瓷纖維紙內芯6、石英支撐管7、莫來石外套8、石英導熱棒9和陶瓷纖維紙小塊10 ;陶瓷纖維紙內芯6裝入石英支撐管7內，監控熱偶4裝入陶瓷纖維紙內芯6中，石英支撐管7裝入莫來石外套8內，石英導熱棒9裝入陶瓷纖維紙內芯6，其上端至陶瓷纖維紙內芯6中部，陶瓷纖維紙小塊10間隔塞入莫來石外套8與石英支撐管7之間，即組成支撐結構。
[0012]本結構中的莫來石外套8上端內壁加工為具有一定的弧度，以改變導熱方向，增加熔接籽晶部位的溫度梯度。莫來石外套8采用輕質莫來石磚加工而成。莫來石外套8的體密度為0.7?L Og/cm3。
[0013]本結構中的莫來石外套8內徑與石英支撐管7外徑之間的縫隙為2-6mm。莫來石外套8外徑與晶體生長爐爐管I內壁之間的縫隙為3?8_。石英支撐管7與陶瓷纖維紙內芯6的長度差為15-35mm。
[0014]本結構中的監控熱偶4采用雙孔剛玉管保護的熱偶。
[0015]實施例1:本實施例以2英寸VGF單晶生長為例，該方法包括:
將輕質莫來石磚加工成外徑85± 1mm，內徑55± 1mm，長度470±2mm的圓柱桶形，形成莫來石外套粗胚，加工時須保證兩端平整； 將莫來石外套8的一端內壁打磨成相對圓柱桶中心約100°的弧度；
根據石英支撐管的內徑尺寸卷繞陶瓷纖維紙內芯6，長度500±5mm，直徑49.5 + 0.5mm ；
將卷繞好的陶瓷纖維紙內芯6塞入石英支撐管7內，石英支撐管7長度470 土 0.5mm，內外徑46/50 ±0.5mm，放入烤爐中進