一種晶體毛坯退火用裝置及退火工藝的制作方法

本技術涉及熱處理的，尤其是涉及一種晶體毛坯退火用裝置及退火工藝。

背景技術：

1、目前的退火設備，在給熱導率較小的大尺寸晶體毛坯退火時，由于加工后的晶體毛坯物理尺寸較大，越靠近中間的內部位置熱量越不容易傳遞出來，造成外圍四周和中心位置附近的退火效果不同步，退火效果難以達到最佳。

2、此外，現有技術退火時，晶體毛坯需要平穩放置在坩堝內或支架上才能進行退火，而坩堝或支架所使用的材料與晶體毛坯通常是不一樣的，這兩者必然有一部分需要接觸，這就很可能導致晶體毛坯因為與異質材料接觸造成額外的熱應力。現有的解決方案也很簡單，就是將原生晶體毛坯加工成多塊物理尺寸足夠小的晶體毛坯，一次放入一定量的晶體毛坯進行退火。為了達到更好的退火效果，可以將晶體毛坯放入細碎的同質顆粒中進行退火。

3、這樣的處理方式雖然退火效果可以得到保障，但有以下缺陷：1.一次工藝退火用時很長，分批次退火無疑增加了退火總時長，降低了生產效率；2.客戶需求元件尺寸本身就很大時，無法切割成較小件進行退火，此方法徹底失效；3.晶體毛坯在同質顆粒中有可能因為裝爐的操作失誤或機械振動等原因移位，使其偏離最佳的退火位置，導致退火效果變差。

技術實現思路

1、為了改善大尺寸晶體毛坯的退火效率和退火質量，一方面，本技術提供晶體毛坯退火用裝置，采用如下的技術方案：

2、晶體毛坯退火用裝置包括：

3、退火爐；

4、夾持系統，包括第一驅動源、上夾具和下夾具，所述上夾具和下夾具相對設置于所述退火爐內，且所述上夾具和所述下夾具相對的端面上均設置有同質墊圈，所述第一驅動源用于驅動所述上夾具和所述下夾具發生相對移動；

5、氣體管路系統，包括進氣管組、調流閥組和自動調節模塊，所述進氣管組包括多個第一進氣管路和多個第二進氣管路，各所述第一進氣管路一端均穿設至所述上夾具內，且所述上夾具上間隔設置有多組第一出氣孔組，各組所述第一出氣孔組內包括若干第一出氣孔，所述第一出氣孔組與所述第一進氣管路一一對應設置且相連通；

6、各所述第二進氣管路一端均穿設至所述下夾具內，且所述下夾具上間隔設置有多組第二出氣孔組，各組所述第二出氣孔組內包括若干第二出氣孔，所述第二出氣孔組與所述第二進氣管路一一對應設置且相連通；

7、所述調流閥組用于調節各個所述第一進氣管路和各個第二進氣管路內的氣體流量，所述自動調節模塊與所述調流閥組電性連接；

8、測溫元件，所述測溫元件設置有多個，所述測溫元件分布于所述上夾具和下夾具周側，用于檢測晶體毛坯不同特征位置的溫度，所述測溫元件與所述自動調節模塊電性連接。

9、通過采用上述技術方案，退火爐用于提供退火的熱環境，通過夾持系統對晶體毛坯進行夾持，以保證晶體毛坯在退火爐內的穩定性，使得晶體毛坯在退火爐內上夾具和下夾具與晶體毛坯的接觸面上設置有同質墊圈，同質墊圈用于消除與晶體毛坯的熱應力進而確保晶體毛坯的均勻受熱；在需要對晶體毛坯進行冷卻時通過氣體管路將低溫的工藝氣體沿上夾具的第一出氣孔和下夾具的第二出氣孔排出，對晶體毛坯進行冷卻處理；測溫元件分布于夾具周側，與大尺寸晶體毛坯的特征位置相對應，用于實測晶體毛坯不同特征位置的溫度，實時反饋溫度信號給自動調節模塊，自動調節模塊計算出晶體毛坯不同特征位置的降溫速率，根據降溫速率控制調流閥組動作，以控制各個第一進氣管路和第二進氣管路內的氣體流量；進而控制上夾具中各個第一出氣孔組和下夾具中各個第二出氣孔組的出氣量，對晶體毛坯不同部位的降溫速率進行控制，使得晶體毛坯不同部位退火同步，以達到良好的退火效果。

10、可選的，所述上夾具和下夾具內均設置有多個環形進氣管路，且環形進氣管路由外向內依次間隔設置，環形進氣管路的內徑由外向內依次減小；

11、所述上夾具內的各個環形進氣管路均與一個所述第一進氣管路連通，各所述環形進氣管路均對應有一組第一出氣孔組，第一出氣孔組內的若干第一出氣孔沿所述環形進氣管路周向間隔分布，各個所述第一出氣孔均與對應的所述環形進氣管路相連通；

12、所述下夾具內的各個環形進氣管路均與一個所述第二進氣管路連通，各所述環形進氣管路均對應有一組第二出氣孔組，第二出氣孔組內的若干第二出氣孔沿所述環形進氣管路周向間隔分布，各個所述第二出氣孔均與對應的所述環形進氣管路相連通。

13、通過采用上述技術方案，在上夾具內，通過環形進氣管路實現對應第一進氣管路和第一進氣孔組之間的連通，使得沿第一進氣管路輸入的工藝氣體流經環形進氣管路后沿對應第一進氣孔組流向晶體毛坯；

14、在下夾具內，通過環形進氣管路實現對應第二進氣管路和第二進氣孔組之間的連通，使得沿第二進氣管路輸入的工藝氣體流經環形進氣管路后沿對應第二進氣孔組流向晶體毛坯。

15、可選的，所述上夾具上的同質墊圈設置有多個，且上夾具上的環形進氣管路和同質墊圈由外向內依次間隔設置；

16、所述下夾具上的同質墊圈設置有多個，且下夾具上的環形進氣管路和同質墊圈由外向內依次間隔設置。

17、通過采用上述技術方案，使得上夾具和下夾具上的同質墊圈均由外向內間隔排列，以適應不同尺寸的晶體毛坯，確保均勻夾持和冷卻。

18、可選的，所述同質墊圈遠離靠近晶體毛坯的一端開設有墊圈開槽，且所述墊圈開槽沿所述同質墊圈周向間隔設置有多個。

19、通過采用上述技術方案，在同質墊圈遠離靠近晶體毛坯的一端開設墊圈開槽，提高同質墊圈與晶體毛坯之間的氣體流通性，對晶體毛坯實現更加均勻的冷卻，進一步強化退火效果。

20、可選的，還包括循環冷卻系統，所述循環冷卻系統包括回收氣管、第二驅動源和冷卻機構，所述冷卻機構上設置有冷卻入口和冷卻出口；

21、所述回收氣管一端與所述退火爐連通，另一端與所述冷卻入口連通，所述第二驅動源用于驅動所述回收氣管道內氣體向所述冷卻機構內流動，所述冷卻出口與所述進氣管組相連通。

22、通過采用上述技術方案，低溫的工藝氣體吹送至晶體毛坯表面，冷卻晶體毛坯后，升溫為高溫工藝氣體，高溫工藝氣體在第二驅動源的驅動下沿回收氣管流向冷卻機構中，冷卻機構將高溫工藝氣體進行冷卻，經過冷卻機構冷卻所得到低溫工藝氣體沿冷卻出口排向進氣管組，再由進氣管組流向退火爐內，對晶體毛坯的冷卻同時實現氣體的循環利用，提高能源利用率。

23、可選的，所述冷卻機構包括換熱器和冷機，所述換熱器包括換熱殼體和設置于所述換熱殼體內的冷卻液管，所述冷卻入口和冷卻出口均開設于所述換熱殼體上，所述冷卻液管的兩端均與所述冷機相連通。

24、通過采用上述技術方案，換熱器內部設置有冷卻液管，對流入換熱器的工藝氣體實現快速制冷；吸熱后的冷卻液沿冷卻液管流向冷機內，冷機對吸熱后的冷卻液進行冷卻；冷卻液降溫后繼續沿冷卻液管進入換熱器中，實現冷卻循環。

25、可選的，所述換熱器設置有冷卻出口的一側安裝有測溫儀，所述測溫儀用于檢測所述冷卻出口處的氣體溫度，所述第二驅動源和所述冷機均與所述自動調節模塊電性連接。

26、通過采用上述技術方案，換熱器設置有冷卻出口的一側安裝有測溫儀，用于檢測英譯冷卻出口處的氣體溫度，且測溫儀將溫度信號反饋給自動調節模塊，以合理控制第二驅動源和冷機的功率，?以達到合理的制冷效果。

27、另一方面，本技術提供一種退火工藝，采用如下的技術方案：

28、一種退火工藝，使用上述的晶體毛坯退火用裝置進行退火，包括如下步驟：

29、步驟一、裝爐，將待晶體毛坯放置在下夾具表面中心位置，令二者幾何中心重合，晶體毛坯放置平穩，使用夾持系統對晶體毛坯進行夾緊；

30、步驟二、抽真空，充氣升溫，抽退火爐高真空至8×10-4pa以下，開始加熱退火爐，直至溫度達到一個預設值后，保持恒溫，并向退火爐內充入工藝氣體，工藝氣體充入完畢后，繼續加熱直至退火爐內升溫至退火溫度；

31、步驟三、恒溫處理，晶體毛坯中心溫度達到退火溫度后，恒溫24-48h；

32、步驟四、降溫，以2.5-3.5℃/h的工藝降溫速率開始降溫，同時開啟自動調節模塊，自動調節模塊根據測溫元件反饋的溫度信號，計算出晶體毛坯不同特征位置的降溫速率，根據降溫速率控制調流閥組動作，以調節第一進氣管路和第二進氣管路內氣體流量；

33、步驟五、拆爐，待晶體毛坯中心溫度降為室溫后，關閉第二驅動源和冷機，開啟退火爐，啟動第一驅動源以松開晶體毛坯，將晶體毛坯取出。

34、通過采用上述技術方案，通過測溫元件和氣體管路系統對晶體毛坯不同特征部位的冷卻速率進行細致控制，調整晶體毛坯不同部位的散熱量，達到不同部位同步退火的效果，提升了退火質量；另外通過同質墊圈的設置，避免了退火過程中異質材料與晶體毛坯的接觸，從而大幅降低了熱應力的產生；通過夾具系統對晶體毛坯進行夾持，保證了晶體毛坯在退火爐內的穩定性。

35、可選的，所述步驟二中，升溫至預設值的過程中，升溫速率為10℃/h。

36、通過采用上述技術方案，將升溫速率控制為10℃/h，以緩慢升溫減少晶體毛坯內部的熱應力，促進均勻的相變?。

37、可選的，所述步驟二中，工藝氣體充入的總充氣速率范圍為5-7l/min。

38、通過采用上述技術方案，5-7l/min的充氣速率通常可以提供足夠的氣體流量，以實現均勻的冷卻效果，同時維持一個穩定的工藝氣體層；5-7l/min的充氣速率可以確保退火爐內壓力穩定，避免潛在的安全隱患。

39、綜上所述，本技術包括以下至少一種有益效果：

40、1、本技術的晶體毛坯退火用裝置，通過設置氣體管路系統、測溫元件以及夾持系統，實現了退火過程中溫度的精準控制及實時監測，確保了退火過程中晶體毛坯均勻、穩定受熱，提高了晶體毛坯的質量，同時提高了成品率。

41、2、本技術通過設置循環冷卻系統，對退火爐中實現工藝氣體的循環利用，同時通過自動調節模塊對各個第一進氣管路和第二進氣管路的內的氣體流量、第二驅動源和冷機的運行狀態進行精確的控制，進一步提高了能源的利用率，同時有效的保證了退火爐內環境的一致性和穩定性。

42、3、本技術通過設置墊圈以及墊圈內的墊圈開槽，確保了晶體毛坯的夾持穩定、熱量傳遞均勻，防止晶體毛坯在退火過程中受熱不均而產生損壞，同時防止晶體內產生過大的熱應力，提高晶體退火后的質量。