一种晶体生长装置及系统的制作方法

1.本实用新型涉及晶体生长装置技术领域，尤其涉及的是一种晶体生长装置及系统。


背景技术：

2.热交换法是利用热交换器来带走热量，使得晶体生长区内形成一下冷上热的纵向温度梯度，同时再借由控制热交换器内气体(通常是氦气)流量的大小以及加热功率的高低来控制温度梯度，从而使得坩埚内熔体由下慢慢向上凝固成晶体。
3.现有技术中，热交换器内氦气的比热容较小，降温速率较慢，导致晶体生长效率低。
4.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种晶体生长装置及系统，旨在解决现有技术中热交换法中氦气的比热容较小导致晶体生长效率低的问题。
6.本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：
7.一种晶体生长装置，包括：坩埚；冷却气体通道，与所述坩埚的外底部连接；氦气进气管，位于所述冷却气体通道内；其中，所述晶体生长装置还包括：
8.辅助气体进气管，位于所述冷却气体通道内；
9.其中，所述辅助气体进气管中辅助气体的比热容大于所述氦气进气管中氦气的比热容。
10.所述的晶体生长装置，其中，所述辅助气体包括：氢气。
11.所述的晶体生长装置，其中，所述氦气进气管和所述辅助气体进气管均与所述坩埚的外底部间隔设置。
12.所述的晶体生长装置，其中，所述氦气进气管与所述坩埚的外底部之间的间距大于所述辅助气体进气管与所述坩埚的外底部之间的间距。
13.所述的晶体生长装置，其中，所述坩埚内设置有熔体槽，所述熔体槽包括：
14.主体部；
15.放肩部，与所述主体部连通；
16.颈部，与所述放肩部连通；
17.籽晶部，与所述颈部连通；
18.其中，所述籽晶部用于放置籽晶，所述颈部的直径小于所述主体部的直径，所述颈部的直径自连接所述颈部的一端至连接所述主体部的一端逐渐增加。
19.所述的晶体生长装置，其中，所述晶体生长装置还包括：
20.加热装置，用于对所述坩埚内的熔体加热。
21.所述的晶体生长装置，其中，所述加热装置为环绕所述坩埚的外侧的感应线圈。
22.所述的晶体生长装置，其中，所述晶体生长装置还包括：
23.保温罩，位于所述坩埚外；
24.其中，所述感应线圈位于所述保温罩外。
25.所述的晶体生长装置，其中，所述坩埚为铱坩埚、铱合金坩埚或铂铑合金坩埚。
26.一种晶体生长系统，其中，其包括如上述任一项所述的晶体生长装置。
27.有益效果：在氦气进气管的基础上增加辅助气体进气管，且辅助气体进气管中辅助气体的比热容大于进气管中氦气的比热容，利用大比热容的辅助气体加快坩埚的热交换，提高了晶体生长效率。
附图说明
28.图1是本实用新型中晶体生长系统的结构示意图。
29.图2是图1中a处的放大图。
30.附图标记说明：
31.1、坩埚；11、熔体槽；111、主体部；112、放肩部；113、颈部；114、籽晶部；2、冷却气体通道；3、氦气进气管；4、辅助气体进气管；5、加热装置；6、保温罩；7、炉体。
具体实施方式
32.为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
33.请同时参阅图1-图2，本实用新型提供了一种晶体生长装置的一些较佳实施例。
34.本实用新型的晶体生长装置可用于生长晶体，晶体包括氧化镓晶体。
35.如图2所示，晶体生长装置包括：
36.坩埚1；
37.冷却气体通道2，与所述坩埚1的外底部连接；
38.氦气进气管3，位于所述冷却气体通道2内；
39.辅助气体进气管4，位于所述冷却气体通道2内；
40.其中，所述辅助气体进气管4中辅助气体的比热容大于所述氦气进气管3中氦气的比热容。
41.值得说明的是，在氦气进气管3的基础上增加辅助气体进气管4，且辅助气体进气管4中辅助气体的比热容大于进气管中氦气的比热容，利用大比热容的辅助气体加快坩埚1的热交换，提高了晶体生长效率。
42.具体地，在晶体生长的初期，先打开氦气进气管3，通过氦气进行降温，然后可以同时打开氦气进气管3和辅助气体进气管4，加速降温，在需要进一步加速降温时，可以仅打开辅助气体进气管4，并加大进气量。
43.在本实用新型的一个较佳实施例中，请同时参阅图1-图2，所述辅助气体包括：氢气。
44.具体地，氢气的比热容为14000j/(kg
·
k)，氦气的比热容为5190j/(kg
·
k)。氢气
的比热容是氦气的比热容的2.7倍，则氢气可以带走更多的热量，实现快速降温，而提高晶体生长效率。
45.需要说明的是，辅助气体除了包括氢气，还可以包括其它气体，如形成氢氦混合气，只要确保辅助气体的比热容大于纯氦气的比热容即可。
46.在本实用新型的一个较佳实施例中，请同时参阅图1-图2，所述氦气进气管3和所述辅助气体进气管4均与所述坩埚1的外底部间隔设置。
47.具体地，氦气进气管3的开口和辅助气体进气管4的开口朝向坩埚1的外底部，由于氦气进气管3和辅助气体进气管4均与坩埚1的外底部间隔设置，氦气进气管3和辅助气体进气管4中的气体可以顺利向坩埚1的外底部吹去，并与坩埚1进行热交换，对坩埚1内的熔体进行热交换。
48.在本实用新型的一个较佳实施例中，请同时参阅图1-图2，所述氦气进气管3与所述坩埚1的外底部之间的间距大于所述辅助气体进气管4与所述坩埚1的外底部之间的间距。
49.具体地，为了进一步加快换热效率，提高晶体生长效率，将氦气进气管3和辅助气体进气管4错开设置，两者在出气时不会相互影响，具体地，辅助气体进气管4更接近坩埚1的外底部，使得辅助气体可以更充分地接触坩埚1的外底部，更充分地进行热交换。
50.在本实用新型的一个较佳实施例中，请同时参阅图1-图2，所述坩埚1内设置有熔体槽11，所述熔体槽11包括：
51.主体部111；
52.放肩部112，与所述主体部111连通；
53.颈部113，与所述放肩部112连通；
54.籽晶部114，与所述颈部113连通；
55.其中，所述籽晶部114用于放置籽晶，所述颈部113的直径小于所述主体部111的直径，所述颈部113的直径自连接所述颈部113的一端至连接所述主体部111的一端逐渐增加。
56.具体地，为了提高晶体的质量，熔体槽11并不是采用圆柱状的，而是在圆柱状的主体部111的基础上，增加了放肩部112和颈部113，颈部113与籽晶部114连通，熔体在籽晶的基础上，优先在颈部113中生长，颈部113的直径较小，有利于形成形貌规则的晶体，颈部113内的熔体生长成晶体后，放肩部112内的熔体进行生长。由于放肩部112的直径时逐渐增加的，可以避免产生晶体的裂纹或其它缺陷。最后主体部111内的熔体形成晶体，主体部111内的晶体具有较大的直径，这样既保证了晶体的质量，又保证了晶体的尺寸。
57.需要说明的是，不同部位内的熔体生长成晶体时，生长速率的要求不同，因此，可以根据需要调整氦气进气管3和辅助气体进气管4内的气体，具体可以是开启、关闭、调整总流量、调整两路的分流量等。
58.在本实用新型的一个较佳实施例中，请同时参阅图1-图2，所述晶体生长装置还包括：
59.加热装置5，用于对所述坩埚1内的熔体加热。
60.具体地，加热装置5对坩埚1内的熔体加热，维持熔体的温度。在融化时期，氧化镓晶体粉末被加热装置5加热融化，在晶体生长初期，氧化镓熔体被加热装置5维持熔体状态，在晶体生长时，加热装置5维持坩埚1内上部处于熔体状态，下部处于晶体状态。
61.在本实用新型的一个较佳实施例中，请同时参阅图1-图2，所述加热装置5为环绕所述坩埚1的外侧的感应线圈。
62.具体地，加热装置5可以采用电阻加热丝，也可以采用感应线圈。电阻加热丝的密度可根据需要的加热温度确定，加热温度高的地方，电阻加热丝的密度较大，加热温度低的地方，电阻加热丝的密度较小。
63.采用感应线圈围绕坩埚1设置，能够提供高热量对坩埚1进行均匀加热。
64.在本实用新型的一个较佳实施例中，请同时参阅图1-图2，所述晶体生长装置还包括：
65.保温罩6，位于所述坩埚1外；
66.其中，所述感应线圈位于所述保温罩6外。
67.具体地，保温罩6将坩埚1罩在内，对坩埚1进行保温。保温罩6包括：上罩和下罩，下罩围绕坩埚1设置，维持坩埚1处的温度的稳定，上罩位于下罩和坩埚1上，上罩用来维持坩埚1上方的温度的稳定。保温罩6可以采用氧化锆砖。
68.在本实用新型的一个较佳实施例中，请同时参阅图1-图2，所述坩埚1为铱坩埚、铱合金坩埚或铂铑合金坩埚。
69.具体地，坩埚1为铱坩埚、铱合金坩埚或铂铑合金坩埚，当然还可以采用其它金属制成坩埚1。
70.本实用新型还提供了一种晶体生长系统，包括上述任一实施例中所述的晶体生长装置，具体如上所述。
71.晶体生长系统还包括炉体7，晶体生长装置位于炉体7内。
72.本实用新型提供的晶体生长系统，因设置有上述任一技术方案中所述的晶体生长装置，从而具有以上全部有益效果，在此不再赘述。
73.应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。