一种晶体生长坩埚托的制作方法

1.本实用新型涉及晶体生长装备技术领域，尤其涉及一种晶体生长坩埚托。


背景技术：

2.晶体生长的过程是一个物质由熔融状态转变为结晶态的物理过程，需要在生长界面保持正向的温度梯度，这个过程中会释放出结晶潜热。这部分结晶潜热若不能及时排出将导致晶体生长界面附近出现负温度梯度，轻则出现晶体生长暂停，降低成品率和生产效率，严重的将会导致已经结晶的单晶重熔，长晶完全失败。目前的晶体生长主要有垂直布里奇曼法(简称vb)、垂直梯度凝固法(简称vgf)和高压液封直拉法(lec)，其中vb和vgf工艺进行砷化镓(gaas)、磷化铟(inp)晶体生长与lec工艺不一样，lec工艺的晶棒几何形状完全取决于pbn坩埚的形状，而vb和vgf工艺的pbn坩埚分为籽晶腔、锥形部分和近似等径部分，在进行晶体生长时，需要合适的坩埚托对坩埚进行固定，同时在坩埚旋转提拉过程中起支撑坩埚的作用。
3.现有的坩埚托因温场结构要求普遍采用硅酸铝、石墨等材质制作，但其保温效果良好，不能有效的将结晶过程释放的结晶潜热导走，加上pbn坩埚和石英管的材质导热系数远比gaas、inp材料要高，造成沿着pbn坩埚内壁的位置晶体生长速度比晶体中心位置生长速度快，晶体生长界面成凹向熔体形状，出现孪晶的几率大大提高。
4.同时在化合物半导体gaas、inp等的晶体生长过程中为了获得所需要的电性能，往往需要掺杂si、s、fe、zn、sn等元素，而这些元素在gaas、inp中的分凝系数都比1要小，有些还远小于1，凹型生长界面造成晶体同一水平位置外侧比中心先结晶，后期加工成的衬底掺杂元素的浓度成同心圆分布，越往衬底中心掺杂浓度越高，衬底均匀性差。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种晶体生长坩埚托，能够提高晶体轴心位置的热传导效率，改善生长界面凹向熔体的程度或变成微凸向熔体的生长界面。
6.本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题：
7.一种晶体生长坩埚托，用于晶体生长坩埚，所述晶体生长坩埚包括石英坩埚、pbn坩埚和石英帽，所述石英坩埚包括石英坩埚小嘴，所述pbn坩埚和石英帽位于石英坩埚内，所述坩埚托包括石英管，所述石英管一侧的内部设置有石英棉，所述石英管另一侧的内部设置有保温棉，所述石英棉内设置有敞口的倒锥形槽，所述保温棉内设置有通槽，所述通槽与倒锥形槽连通，所述通槽内设置有石英棒，所述石英棒的一端伸出保温棉，所述石英棒另一端的端部至锥形槽之间的通槽形成籽晶腔。
8.进一步，所述通槽为圆形通槽，所述圆形通槽的内径为石英坩埚小嘴外径的1.1
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1.3倍。石英坩埚小嘴的形状一般为圆柱形，圆形通槽能够使得石英坩埚小嘴的边缘到圆形通槽的内壁的距离相等，保温均匀；而圆形通槽的内径若小于石英坩埚小嘴外径，导致石英坩埚小嘴不能放入到籽晶腔内，若圆形通槽的内径与石英坩埚小嘴的外径相等，则石英坩
埚小嘴与籽晶腔的内壁接触，造成籽晶各方向散热不均匀产生孪晶；若圆形通槽的内径太大，则不能有效的对籽晶侧面进行保温。
9.进一步，所述籽晶腔的高度比石英坩埚小嘴的高度大2
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5mm。籽晶腔高度过短容易顶到石英坩埚小嘴，造成石英坩埚小嘴的破裂，籽晶腔高度过长则不能很及时的将结晶潜热导走。
10.进一步，所述石英棒为高纯石英棒，所述石英管为高纯石英管。
11.进一步，所述石英管的外径大于等于石英坩埚的外径。石英管起到支撑石英坩埚及石英坩埚内部pbn坩埚、以及盛装于pbn坩埚内原辅料的作用，石英管的外径大于等于石英坩埚的外径，可以起到支撑稳固的作用。
12.进一步，所述保温棉为多孔硅酸铝保温棉。
13.进一步，所述石英棉为高纯石英纤维。
14.多孔硅酸铝保温棉和高纯石英纤维的保温效果良好，在坩埚托中起保温作用，与石英棒共同构成坩埚托的保温散热体系，保证晶体生长过程中释放的结晶潜热只有少量从pbn坩埚的锥形部分传导，而是大部分通过石英棒传导到底部，提高晶体轴心位置的热传导效率，改善生长界面凹向熔体的程度或变成微凸向熔体的生长界面。
15.需要说明的是，本实用新型中指的高纯石英指sio2≥99.9％—99.99％的石英，其导热性能更好。
16.本实用新型的有益效果：
17.本实用新型在石英管内部的保温棉中设置石英棒，石英棒与保温棉、石英棉共同构成籽晶腔，籽晶腔的内径和高度均略大于石英坩埚小嘴，保温棉和石英棉的导热系数远低于石英棒，三者共同构成保温散热结构，保证晶体生长过程中心位置的热传导速率得到提高，能够改善生长界面凹向熔体的程度或变成微凸向熔体的生长界面，提高成晶率和衬底片均匀性。
附图说明
18.图1是本实用新型一种晶体生长坩埚托与晶体生长坩埚匹配使用时的结构示意图；
19.其中，石英棒1、石英管2、保温棉3、石英棉4、籽晶腔5、石英坩埚小嘴6、pbn坩埚7、石英帽8、石英坩埚9。
具体实施方式
20.以下将结合附图对本实用新型进行详细说明：
21.如图1所示：
22.一种晶体生长坩埚托，用于晶体生长坩埚，晶体生长坩埚包括石英坩埚9、pbn坩埚7和石英帽8，石英坩埚9包括石英坩埚小嘴6，pbn坩埚7和石英帽8位于石英坩埚9内。
23.pbn坩埚7托包括石英管2，石英管2的外径等于石英坩埚9的外径，石英管2上侧的内部通过耐高温胶粘有石英棉4，石英管2下侧的内部通过耐高温胶粘有保温棉3，石英棉4内设置有敞口的倒锥形槽，倒锥形槽的形状刚好与石英坩埚9匹配，使得石英坩埚9插入倒锥形槽内后，石英坩埚9与石英棉4紧密贴合。
24.保温棉3内的轴心位置开设有圆形通槽，圆形通槽的内径为石英坩埚小嘴6外径的1.1
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1.3倍，本实施例优先为1.1倍，圆形通槽与倒锥形槽连通，通槽内通过耐高温胶粘有石英棒1，石英棒1的下端伸出保温棉3，石英棒1上端的端部至锥形槽之间的通槽形成籽晶腔5，晶腔的高度比石英坩埚小嘴6的高度大2
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5mm，本实施例优先为3mm。
25.其中，本实施例的石英棒1为高纯石英棒，石英管2为高纯石英管，保温棉3为多孔硅酸铝保温棉，石英棉4为高纯石英纤维，高纯石英指sio2≥99.9％—99.99％的石英。
26.本实用新型的使用方法如下：
27.在使用时，将石英坩埚9插入到倒锥形槽内，使得石英坩埚9与石英棉4上设置有倒锥形槽紧密贴合，石英坩埚小嘴6则插入到籽晶腔5内，使得石英坩埚小嘴6的下端部与石英棒1的上端部具有3mm左右的距离。
28.当在晶体生长过程中，石英坩埚小嘴6中心的温度可以通过石英棒1导走，因为保温棉3和石英棉4的导热系数远低于石英棒1，保证晶体生长过程中心位置的热传导速率得到提高，能够改善生长界面凹向熔体的程度或变成微凸向熔体的生长界面，提高成晶率和衬底片均匀性。
29.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。