專利名稱：晶體的可視小角度傾斜區熔生長裝置及其生長方法
技術領域：
本發明涉及一種晶體材料的生長裝置及其生長方法。
背景技術：
二十世紀六十年代末，人們就已經了解到黃銅礦類半導體晶體材料具有兩個突出的優點非線性光學系數和遠紅外區透過率很高，利用它們作為光參量振蕩、光參量放大、二次諧波、四次諧波等的非線性介質材料，可以在中、遠紅波段的頻率轉換方面，尤其是對激光功率要求較高的領域，獲得廣闊的應用前景，如紅外光譜、紅外醫療器械、藥物檢測、紅外光刻、大氣中有害物質的監測、遠距離化學傳感、紅外激光定向干擾、夜視儀等。現有的晶體生長裝置及生長方法有“溫梯冷凝法”，通過在石英管內設置高溫區和低溫區控制原料的熔化及晶體的形成，從理論上講，根據黃銅礦類固溶體化合物，例如CdGe(As0.9P0.1)2，從其CdGeP2(CGP)和CdGeAs2(CGA)兩相相圖(見圖2)，采用可視小角度傾斜溫梯令凝法，由于原料全部融化，隨著結晶的進行，可以看出，沿生長方向晶體中P含量逐漸降低，As含量逐漸升高；在其從熔體到固態的結晶時，熔體和固體都偏離最初的原料配比，由于晶體定向結晶時成分偏離固液同成份點，所以存在著結晶體成分沿生長方向不一致的弊端。
發明內容
本發明的目的在于提供一種晶體可以定向生長、鍍層致密、均勻且保溫效果好的晶體的可視小角度傾斜區熔生長裝置及其生長方法，晶體的可視小角度傾斜區熔生長裝置包括三層石英管1、安裝在第一層石英管1-1和第二層石英管1-2之間的熱電耦2，安裝在第一層石英管1-1內的生長船3，安裝在第二層石英管1-2內的第一加熱線圈4-1，在第二層石英管1-2內第一加熱線圈4-1的外部還設有第二加熱線圈4-2，所述第三層石英管1-3同時與傳動裝置5連接。晶體的可視小角度傾斜區熔生長方法，晶體的生長過程如下a.將“晶體的可視小角度傾斜區熔生長裝置”的第一層石英管1-1的兩端用鐵夾臺6進行固定，將第三層石英管與傳動裝置5連接；b.將籽晶放置于生長船的小端3-1內，原料放置于生長船的大端3-2內，然后將生長船3置于小石英管7中，小石英管7內抽真空并密封后置于第一層石英管1-1內，使生長船大端與小端的交界位置3-3處正對于第二加熱線圈4-2的位置；c.將第一加熱線圈4-1和第二加熱線圈4-2通電，第一加熱線圈4-1加熱后構成基礎溫區，控制基礎溫區的溫度低于原料熔點5～10℃，第二加熱線圈4-2加熱后構成高溫區，控制高溫區的溫度高于基礎溫區溫度5～10℃；d.原料與籽晶的接觸處處于高溫區至熔化后，保持2～3小時，然后開啟傳動裝置5，傳動裝置5帶動第三層石英管1-3和第二層石英管1-2及其內部的第一加熱線圈4-1和第二加熱線圈4-2共同向生長船內的“原料”一端移動，移動速率為1～2mm/min，此時，原料依次通過高溫區熔化，通過高溫區到達基礎溫區后，原料定向凝固，從而得到晶體。采用本發明所述的可視小角度傾斜區熔裝置，整個生長船中只有0.5-2cm長度的原料融化，在這樣很短的區域中固化結晶，結晶體成分與原料最初配比相差極小，使得結晶體成分均勻。采用可視區熔法，可以直接觀察到晶體生長質量，如果質量不好，可以立即停置傳動裝置運動，重新生長或重新局部生長；小角度傾斜，使得晶體朝斜下方生長，更符合晶體生長規律，晶體質量更好。爐體內通過第一加熱線圈4-1提供基礎溫度，設有0.5～2cm的高溫區，整個生長過程中爐體的溫場不變，通過移動爐體使生長船的不同部位依次通過高溫區并到達基礎溫區定向結晶，可以避免固溶體化合物定向結晶時由于固液體成分不同而引起的結晶體沿生長方向成分不同的弊端，因此具有結晶時晶體沿生長方向組成均勻一致的優點。
圖1是本發明的結構示意圖，圖2是黃銅礦類固溶體化合物CdGeP2(CGP)和CdGeAs2(CGA)的兩相相圖，圖3是利用可視小角度傾斜溫梯冷凝法生長裝置定向生長的黃銅礦類固溶體化合物單晶CdGe(As0.9P0.1)2晶體沿生長方向的組成通過JXA-733A型電子顯微探針測定的測定結果曲線示意圖，圖4是利用可視小角度傾斜區熔生長裝置定向生長的黃銅礦類固溶體化合物單晶CdGe(As0.9P0.1)2晶體沿生長方向的組成通過JXA-733A型電子顯微探針測定的測定結果曲線示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一晶體的可視小角度傾斜區熔生長裝置，它包括三層石英管1、安裝在第一層石英管1-1和第二層石英管1-2之間的熱電耦2，安裝在第一層石英管1-1內的生長船3，安裝在第二層石英管1-2內的第一加熱線圈4-1，在第二層石英管1-2內第一加熱線圈4-1的外部還設有第二加熱線圈4-2，第二加熱線圈4-2的長度為0.5～2cm，且第二加熱線圈4-2設置在生長船小端3-1與生長船大端3-2的交界位置3-3處，所述第三層石英管1-3同時與傳動裝置5連接。在第二層石英管(1-2)的外表面鍍金或鍍銀，該生長裝置與地面傾斜的角度(α)為0°＜α＜15°。
晶體的可視小角度傾斜區熔生長方法，晶體的生長過程如下a.將“晶體的可視小角度傾斜區熔生長裝置”的第一層石英管1-1的兩端用鐵夾臺6進行固定，將第三層石英管與傳動裝置5連接；b.將籽晶放置于生長船的小端3-1內，原料放置于生長船的大端3-2內，然后將生長船3置于小石英管7中，小石英管7內抽真空并密封后置于第一層石英管1-1內，使生長船大端與小端的交界位置3-3處正對于第二加熱線圈4-2的位置；c.將第一加熱線圈4-1和第二加熱線圈4-2通電，第一加熱線圈4-1加熱后構成基礎溫區，控制基礎溫區的溫度低于原料熔點5～10℃，第二加熱線圈4-2加熱后構成高溫區，控制高溫區的溫度高于基礎溫區溫度5～10℃；d.原料與籽晶的接觸處處于高溫區至熔化后，保持2～3小時，然后開啟傳動裝置5，傳動裝置5帶動第三層石英管1-3和第二層石英管1-2及其內部的第一加熱線圈4-1和第二加熱線圈4-2共同向生長船內的“原料”一端移動，移動速率為1～2mm/min，此時，原料依次通過高溫區熔化，通過高溫區到達基礎溫區后，原料定向凝固，從而得到晶體。
具體實施方式
二本實施方式是使用本發明裝置與“溫梯冷凝裝置”所做的對比實驗利用可視小角度傾斜溫梯冷凝法生長裝置定向生長了黃銅礦類固溶體化合物單晶CdGe(As0.9P0.1)2。籽晶為
向單晶CdGe(As0.9P0.1)2，原料為CdGe(As0.9P0.1)2多晶粉末。CdGe(As0.9P0.1)2熔點為675℃，生長爐籽晶與原料連接處溫度為675℃，爐體溫場為1.5K/cm，在此溫度下停留2小時，爐體中高低溫熱電阻均以0.2K/hr速率降溫至籽晶與原料連接處溫度為655℃，停留3小時，以5K/hr速率降至室溫。得到的CdGe(As0.9P0.1)2晶體沿生長方向的組成通過JXA-733A型電子顯微探針測定，測定結果如圖3所示。圖中可以看出晶體沿生長方向As逐漸含量降低，P含量逐漸升高，在整個范圍內，晶體組成偏離目標化學式CdGe(As0.9P0.1)2。
利用可視小角度傾斜區熔生長裝置定向生長了黃銅礦類固溶體化合物單晶CdGe(As0.9P0.1)2。籽晶為
向單晶CdGe(As0.9P0.1)2，原料為CdGe(As0.9P0.1)2多晶粉末。CdGe(As0.9P0.1)2熔點為675℃，生長爐基礎溫度為669℃，高溫區最高溫度680℃，高溫區長度0.7cm，傳動裝置移動速率1mm/h。9小時后，當熔體全部結晶為單晶體后，關閉第二加熱線圈4-2電源，停留3小時，第一加熱線圈4-1以5K/hr速率降溫至室溫。得到的CdGe(As0.9P0.1)2晶體沿生長方向的組成通過JXA-733A型電子顯微探針測定，測定結果如圖4所示。圖中可以看出晶體自籽晶8mm至78mm范圍內As和P含量均勻一致，As在晶體中原子比為45％，P晶體中原子量比為5％，在這一區域內晶體化學式為CdGe(As0.9P0.1)2，為目標化學式。
權利要求
1.一種晶體的可視小角度傾斜區熔生長裝置，它包括三層石英管(1)、安裝在第一層石英管(1-1)和第二層石英管(1-2)之間的熱電耦(2)，安裝在第一層石英管(1-1)內的生長船(3)，安裝在第二層石英管(1-2)內的第一加熱線圈(4-1)，其特征在于在第二層石英管(1-2)內第一加熱線圈(4-1)的外部還設有第二加熱線圈(4-2)，所述第三層石英管(1-3)同時與傳動裝置(5)連接。
2.根據權利要求1所述的晶體的可視小角度傾斜區熔生長裝置，其特征在于所述第二加熱線圈(4-2)的長度為0.5～2cm，且第二加熱線圈(4-2)設置在生長船小端(3-1)與生長船大端(3-2)的交界位置(3-3)處。
3.根據權利要求1或2所述的晶體的可視小角度傾斜區熔生長裝置，其特征在于該生長裝置與地面傾斜的角度(α)為0°＜α＜15°。
4.根據權利要求1或2所述的晶體的可視小角度傾斜區熔生長裝置，其特征在于在第二層石英管(1-2)的外表面鍍金或鍍銀。
5.一種晶體的可視小角度傾斜區熔生長方法，其特征在于晶體的生長過程如下a.將“晶體的可視小角度傾斜區熔生長裝置”的第一層石英管(1-1)的兩端用鐵夾臺(6)進行固定，將第三層石英管與傳動裝置(5)連接；b.將籽晶放置于生長船的小端(3-1)內，原料放置于生長船的大端(3-2)內，然后將生長船(3)置于小石英管(7)中，小石英管(7)內抽真空并密封后置于第一層石英管(1-1)內，使生長船大端與小端的交界位置(3-3)處正對于第二加熱線圈(4-2)的位置；c.將第一加熱線圈(4-1)和第二加熱線圈(4-2)通電，第一加熱線圈(4-1)加熱后構成基礎溫區，控制基礎溫區的溫度低于原料熔點5～10℃，第二加熱線圈(4-2)加熱后構成高溫區，控制高溫區的溫度高于基礎溫區溫度5～10℃；d.原料與籽晶的接觸處處于高溫區至熔化后，保持2～3小時，然后開啟傳動裝置(5)，傳動裝置(5)帶動第三層石英管(1-3)和第二層石英管(1-2)及其內部的第一加熱線圈(4-1)和第二加熱線圈(4-2)共同向生長船內的“原料”一端移動，移動速率為1～2mm/min，此時，原料依次通過高溫區熔化，通過高溫區到達基礎溫區后，原料定向凝固，從而得到晶體。
全文摘要
晶體的可視小角度傾斜區熔生長裝置及其生長方法，涉及一種晶體材料的生長裝置及其生長方法。現有的生長裝置及生長方法存在著結晶體成分沿生長方向不一致的弊端。本發明的生長裝置在第二層石英管1－2內第一加熱線圈4－1的外部設有第二加熱線圈4－2，所述第三層石英管1－3同時與傳動裝置5連接。本發明的生長方法為，第一加熱線圈4－1加熱后構成基礎溫區，第二加熱線圈4－2加熱后構成高溫區，原料與籽晶的接觸處處于高溫區至熔化后，傳動裝置5帶動石英管及其內部的加熱線圈向生長船內的“原料”一端移動，原料依次通過高溫區熔化后定向凝固，得到晶體。用本發明裝置及方法生長的晶體可以定向生長且晶體組成沿長生方向均勻一致，利于推廣應用。
文檔編號C30B11/14GK1664175SQ20041004415
公開日2005年9月7日 申請日期2004年12月22日 優先權日2004年12月22日
發明者楊春暉, 許艷波, 王佳, 朱崇強 申請人:哈爾濱工業大學