專利名稱：可控雙球面鍺單晶生長方法及模具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可控雙球面鍺單晶生長方法及模具，屬半導體冶金晶體生長領域。
目前國內外熱象儀、夜視儀及二氧化碳激光裝置等，使用光學鍺透鏡毛坯成型方法。方法一是采用上引提拉法生產鍺單晶棒后，經切斷、外園滾磨、曲率磨削制成球面鍺單晶體透鏡毛坯。該方法材料消耗大，加工復雜，成本高，伴有粉塵污染。方法二是采用鑄造法，按設定的透鏡毛坯幾何形狀加工模具，在單晶生長設備或真空爐的模具內鑄造成型。該方法所得光學鍺透鏡毛坯為多晶體，光學質量降低。
本發明的目的在于克服現有技術不足而提供一種可控雙球面鍺單晶生長方法及模具。
本發明是這樣實現的將鍺金屬和鍺單晶籽晶分別裝入單晶生長設備中的模具的上模2與下模3之間和下模3下部的晶種室4內，上模2與下模3配合處均為具有任意設定曲率半徑的球面，球面尺寸由所需鍺透鏡的形狀進行設計，鍺金屬和鍺單晶籽晶在單晶生長設備中冶煉，控制鍺金屬熔體的溫度為937-987℃，鍺金屬熔體與籽晶界面溫度為937℃，鍺單晶籽晶的溫度為787-937℃，在控制晶體生長過程中，下模3與加熱器1的位置相對移動速度為每小時0-5厘米，模具旋轉速度為每分鐘0-10轉，經1-4小時晶種導引，模塊熱固直接生長出任意曲率半徑雙球面單晶體。
附
圖1為本發明工藝流程方框圖;
附圖2為本發明模具裝配示意圖。圖中1為加熱器、5為保溫層、6為鍺金屬熔體。
本發明下面將結合附圖(實施例)作進一步詳述將上模2與下模3配合處設計成直徑為80.6mm，曲率半徑分別為102.57mm及207mm的球面。用雙氧水法對鍺進行清潔處理，隨后將165g的鍺金屬塊裝入上石墨模2與下石墨模3之間，將4×4×40mm的單晶籽晶模具放入下模3下部的晶種室4內。然后將裝有鍺金屬塊和單晶籽晶的模具放入公知的已裝有石墨加熱器1和保溫層5的單晶生長設備(型號為TDK-36AZ)內。用公知的普通電偶測定溫度場，調整溫度場分布，使其滿足晶體生長條件 (d2T)/(dr2) →0， (dT)/(dO) →0， (dT)/(dz) ≈常數。在起始生長時，控制鍺金屬熔體的溫度與籽晶熔接處為937℃，另一表面溫度為987℃，鍺單晶籽晶一端的溫度為937℃，另一端溫度為790℃，生長過程中，石墨加熱器1與石墨模具3相對移動為每小時4.0厘米，裝于坩堝軸上的模具的旋轉速度為每分鐘2.5轉。晶體生長過程中用公知的真空泵對晶體生長設備內進行抽真空，使其晶體生長設備內的真空度為8×10-3。經3小時的晶種導引、模塊熱固后隨爐冷卻，經脫模得到直接生長出的所需曲率半徑的雙球面單晶體透鏡毛坯。用上述方法制作的昆明物理所一類熱象儀需用的直徑為80.6mm，曲率半徑分別為102.57mm及207mm，重165g的雙球面鍺單晶體透鏡毛坯，具有較高的光學質量。
本發明與現有技術相比具有簡化成型工序，材料消耗低，光學質量高，成本低，無污染等優點，適用于生長雙球面鍺單晶體透鏡毛坯，同時也適用生長單球面鍺單晶透鏡毛坯。
權利要求
1.一種可控雙球面鍺單晶生長方法及模具，其特征在于該方法是將鍺金屬和鍺單晶籽晶分別裝入單晶生長設備中的模具的上模2與下模3之間和下模3下部的晶種室4內，鍺金屬和鍺單晶籽晶在單晶生長設備中冶煉，控制鍺金屬熔體的溫度為937-987℃，熔體與鍺單晶籽晶界面溫度為937℃，鍺單晶籽晶的溫度為787-937℃，下模3與加熱器1的位置相對移動速度為每小時0-5厘米，模具旋轉速度為每分鐘0-10轉，經1-4小時晶種導引，模塊熱固直接生長出任意曲率半徑的雙球面單晶體。
2.一種可控雙球面鍺單晶生長方法及模具，該模具由位于晶體生長設備中的坩堝轉軸上的設有晶種室4的下模3組成，其特征在于具有任意設定曲率半徑的下模3的上方有一具有任意設定曲率半徑的上模2。
全文摘要
本發明涉及一種可腔雙球面鍺單晶生長的方法及模具，屬半導體冶金晶體生長領域。本發明將鍺金屬和鍺單晶籽晶分別裝入公知的單晶生長設備中的模具的上石墨模2與下石墨模3之間和下模3下部的晶種室4內，經一段時間的晶種導引，模塊熱固直接生長出任意曲率半徑的雙球面單晶體。本發明具有工序簡單，材料消耗低，光學質量高，無污染，成本低等優點，適用于生長雙球面或單球面鍺單晶體透鏡毛坯。
文檔編號C30B11/02GK1068156SQ9210464
公開日1993年1月20日 申請日期1992年6月11日 優先權日1992年6月11日
發明者吳雅頌, 李昆, 任敏 申請人:昆明冶金研究所