一種化合物半導體用合成爐的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及晶體的熔體法合成生長裝置技術領域，尤其涉及化合物半導體的搖擺合成裝置，具體是一種化合物半導體用合成爐。
【背景技術】
[0002]化合物半導體(II1-V族、I1-VI族等)在探測器器件、太陽能電池、太赫茲、外延襯底等高新技術領域有著廣泛的應用。大尺寸、高質量的體單晶是其能夠獲得廣泛應用的基礎。目前，獲得化合物半導體體單晶的方法主要為熔體法生長。大多數熔體法生長晶體都包括兩個過程:合成過程和生長過程。在熔體法合成過程中，能夠嚴格控制生長原材料成分、避免原材料揮發沉積并將原材料均勻混合是生長高質量晶體的重要前提。傳統的多晶合成搖擺爐僅在降溫時依靠重力讓原料盡量不粘附，無法控制原料因溫場不均勻造成的原料揮發。為了解決這一問題，一些合成搖擺爐采用兩段式控溫，在降溫時不僅依靠重力讓原料不揮發粘附，還控制遠地端溫度高于近地端溫度，以保證多晶合成的化學劑量配比，但這種合成爐比較復雜，成本遠高于傳統的合成搖擺爐。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是克服化合物半導體在合成后冷卻時由于溫場不均勻的原因，造成合成原料的揮發，并沉積在坩禍壁上，并且由于原料揮發量無法測量，無法在晶體生長時對合成多晶的揮發元素進行補償，影響晶體的化學劑量配比，使得化學劑量比失調的合成料無法生長出高質量的體單晶的問題。同時，通過簡化搖擺爐設計，降低設備成本。
[0004]本實用新型的技術方案是:一種化合物半導體用合成爐，包括爐體、爐膛以及支架，所述爐膛設于爐體內，所述爐體與支架之間通過鉸鏈一連接，支架上還固定有伺服電機，伺服電機的轉軸與連桿二的右端固定連接，連桿二的左端與連桿一的下端鉸接，連桿一的上端通過鉸鏈二與爐體的左端連接；所述爐膛沿其表面繞有加熱爐絲；爐膛與爐體之間填充有保溫介質，該保溫介質以爐體的中間部位為分界，其左半部分的導熱系數低于右半部分的導熱系數。
[0005]上述爐膛左右貫穿于整個爐體，爐體的左右兩端均設有隔熱爐蓋。
[0006]上述爐體長度的中點處的左右兩側約15cm處各設有一個深入爐膛內的用于測量爐膛內溫度的熱電偶。
[0007]上述爐膛采用剛玉制成。
[0008]上述爐膛為圓筒狀結構。
[0009]本實用新型的有益效果:本實用新型采用一段式的控溫，設備簡易、實用，且價格低廉；爐體保溫層分為兩段，保溫效果不同，在坩禍所在位置產生了一個從左端向右端的正向溫度差，合成降溫時，由于溫度差的作用，揮發元素向右端擴散并沉積在右端的合成料上，且由于合成爐停搖時右端向下，由于重力作用使合成料原料在高溫下揮發后冷凝的小顆粒依附在右端。重力與溫場的雙重作用極大程度上保全了高溫揮發原料，保證了合成多晶料的化學劑量配比，使晶體生長能夠按照既定工藝溫度曲線順利進行，并生長出高質量的化合物半導體晶體。
[0010]以下將結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明。
【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0012]圖2是本實用新型的爐體及爐膛的剖面圖。
[0013]附圖標記說明:1、爐體；2、爐膛；3、支架；4、伺服電機；5、保溫爐蓋；6、鉸鏈一 ；7、連桿一 ；8、連桿二 ；9、加熱爐絲；10、熱電偶；11、保溫介質；12、合成坩禍；13、鉸鏈二。
【具體實施方式】
[0014]實施例1:
[0015]如圖1及圖2所示，本實用新型提供了一種化合物半導體用合成爐，包括爐體1、爐膛2以及支架3，所述爐膛2設于爐體1內。所述爐體1與支架3之間通過鉸鏈一 6連接，具體是爐體1的外表面(爐腰)中心通過鉸鏈一 6與支架3的中軸連接在一起，支架3的支撐爐體的主支架左側的分支架上還固定有伺服電機4，伺服電機4的鉸鏈與連桿二 8的右端固定連接，連桿二 8的左端與連桿一 7的下端鉸接，連桿一 7的上端通過鉸鏈二 13與爐體1的前端連接，即連桿一 7和連桿二 8之間用鉸鏈連接，連桿二 8的右端固定在伺服電機4的轉軸(轉子)上，連桿一 7的上端用鉸鏈連接在爐體靠近左端的外表面，連桿一 7和連桿二 8形成曲柄連桿結構，可以帶動爐體180°搖擺；所述爐膛2沿其表面繞有加熱爐絲9，具體是爐膛外表面均勻纏繞加熱爐絲9，本合成爐采用一段控溫，即只采用一個溫控表進行控溫。爐膛2與爐體1之間填充有保溫介質11，該保溫介質11以爐體1的中間部位為分界，兩邊采用熱導系數不同的保溫材料，其左半部分的導熱系數低于右半部分的導熱系數，或者使用同一種保溫材料但兩段填充密度不同，實現效果為:左端保溫性好，右端保溫性稍差。
[0016]實施例2:
[0017]在實施例1的基礎上，所述爐膛2采用剛玉制成，其具體形狀為圓筒狀結構，爐膛2左右貫穿于整個爐體1，爐體1的左右兩端均設有隔熱爐蓋5。圓筒狀結構的爐膛有利于加熱爐絲在其外側進行均勻纏繞，同時有利于均勻加熱，同時爐膛的左右貫穿結構有利于實施從爐體中部進行不同效果的保溫分段。爐膛兩端設隔熱爐蓋方便將合成坩禍從爐膛中放入和取出。在爐體1長度的中點處的左右兩側約15cm處各設有一個深入爐膛2內的用于測量爐膛2內溫度的熱電偶10，可將鉸鏈一 6設于爐體1的中間位置，則兩個熱電偶10分別安裝在鉸鏈一 6左右兩邊15cm處，其中左邊的熱偶只監控溫度，溫度曲線控溫以右邊的熱電偶為準。
[0018]本實用新型的分段保溫的原理:爐膛外部均勻纏繞加熱爐絲，爐膛外整段爐體的保溫層材料熱導率都很小。在合成加熱時，功率很大，由于保溫層散熱造成的熱損失可忽略不計。合成時，將合成坩禍12放置于爐膛中，并使坩禍中點與合成爐體1/2位置重合，坩禍兩端塞入陶瓷棉將其位置固定，并蓋好爐蓋。通過設置溫度曲線控溫使坩禍所在位置達到合成溫度，本合成爐加熱溫度可達1200°C以上。開啟電機，使電機以合適的速度轉動，帶動合成爐往復搖擺，使原材料均勻混合反應。合成降溫時，關閉電機。關閉時，使合成爐體與地面垂直，并使左端朝上。
[0019]在達到合成溫度合成，由于散熱的原因，靠近右端溫度會稍低一些，因此要保證右端的原料達到合成溫度，整段坩禍才可以均勻混合反應。在合成降溫時，由于右端保溫材料熱導率稍大，因此散熱也較左端快，因此右端溫度會低于左端，因此右端率先降到原料的凝固點，高溫下揮發為氣相的原料就擴散到右端，凝結在右端的合成料上，避免了合成料中某種原料的損失。
[0020]因此，本實用新型提供的這種化合物半導體用合成爐通過調整加熱爐絲外部保溫層的材料或保溫層的密度，將爐體分為兩段保溫。合成時，先調整爐體控溫使爐膛內合成坩禍12所在的位置溫度均達到化合物半導體熔點以上，并通過電機控制爐體180°轉動，使化合物混合均勻。降溫時，兩段同時降溫，由于保溫效果不同，使爐體保溫性差的一段溫度更低，與保溫性好的一端產生溫度梯度；同時在爐體停搖時將低溫端朝下。本裝置解決了化合物半導體合成爐在合成后，坩禍遠地端元素附著、致使化合物偏離化學計量比的問題，提高了晶體生長的質量，降低了設備成本。
[0021]本實施方式中沒有詳細敘述的部分屬本行業的公知的常用手段，這里不一一敘述。以上例舉僅僅是對本實用新型的舉例說明，并不構成對本實用新型的保護范圍的限制，凡是與本實用新型相同或相似的設計均屬于本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種化合物半導體用合成爐，包括爐體(1)、爐膛(2)以及支架(3)，所述爐膛(2)設于爐體(1)內，其特征在于:所述爐體(1)與支架(3 )之間通過鉸鏈一(6 )連接，支架(3 )上還固定有伺服電機(4)，伺服電機(4)的轉軸與連桿二(8)的右端固定連接，連桿二(8)的左端與連桿一(7)的下端鉸接，連桿一(7)的上端通過鉸鏈二( 13)與爐體(1)的左端連接；所述爐膛(2)沿其表面繞有加熱爐絲(9);爐膛(2)與爐體(1)之間填充有保溫介質(11)，該保溫介質(11)以爐體(1)的中間部位為分界，其左半部分的導熱系數低于右半部分的導熱系數。2.如權利要求1所述的一種化合物半導體用合成爐，其特征在于:所述爐膛(2)左右貫穿于整個爐體(1 )，爐體(1)的左右兩端均設有隔熱爐蓋(5)。3.如權利要求1所述的一種化合物半導體用合成爐，其特征在于:在所述爐體(1)長度的中點處的左右兩側15cm處各設有一個深入爐膛(2)內的用于測量爐膛(2)內溫度的熱電偶(10)。4.如權利要求1所述的一種化合物半導體用合成爐，其特征在于:所述爐膛(2)采用剛玉制成。5.如權利要求4所述的一種化合物半導體用合成爐，其特征在于:所述爐膛(2)為圓筒狀結構。
【專利摘要】本實用新型屬于晶體的熔體法合成生長裝置技術領域，具體提供了一種化合物半導體用合成爐，包括爐體、爐膛以及支架，爐膛設于爐體內，所述爐體與支架之間通過鉸鏈一連接，支架上還固定有伺服電機，伺服電機的轉軸與連桿二的右端固定連接，連桿二的左端與連桿一的下端鉸接，連桿一的上端通過鉸鏈二與爐體的左端連接；爐膛沿其表面繞有加熱爐絲；爐膛與爐體之間填充有保溫介質，該保溫介質以爐體的中間部位為分界，其左半部分的導熱系數低于右半部分的導熱系數。本實用新型解決了化合物半導體合成爐在合成后，坩堝遠地端元素附著、致使化合物偏離化學計量比的問題，提高了晶體生長的質量，降低了設備成本。
【IPC分類】C30B29/48, C30B29/40, C30B28/06
【公開號】CN204959081
【申請號】CN201520676445
【發明人】于暉, 魏登科, 樊玉
【申請人】西安西凱化合物材料有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月1日