[发明专利]一种晶体的生长装置及生长方法

说明书

技术领域

本发明属于晶体生长技术领域，尤其涉及一种晶体的生长装置及生长方法。

背景技术

传统的熔体法晶体生长技术包括提拉法，下降法，浮区法，泡生法，温度梯度法，热交换法，冷坩埚法，导模法，火焰法等。

目前得到发展的这些晶体生长技术，仍具有一定的局限性。提拉法和导模法生长晶体时可以实时观察，但难以生长不一致熔融或者具有较低热导率的晶体；下降法、温度梯度法和热交换法可以生长具有较低热导率的晶体，但无法实时观察晶体生长情况，也无法生长不一致熔融的晶体；泡生法和冷坩埚法利于制备较大尺寸的晶体，但无法生产不一致熔融的晶体；火焰法可以生长不一致熔融的晶体、较低热导率或者表面张力较低的晶体，也可以原位观察晶体生长情况，但火焰法生长的晶体应力较大，缺陷较多，仍存在较多的局限性。

浮区法由Keck等人在1953年发明，后逐渐发展出光学浮区法，该方法在现有技术中应用较为广泛。科学出版社出版的《晶体生长科学与技术》一书中详细描述了光学浮区法的原理特点。光学浮区法可以生长不一致熔融的晶体，也可以实现晶体生长的实时观察，因此，光学浮区法近年得到了很大的发展。

光学浮区法生长晶体在光学浮区炉内进行，如公开号为CN 104389013 A的中国专利公开了一种光学浮区法生长晶体的装置，该装置主要由籽晶棒旋转台、料棒旋转台和加热系统组成，但是这种装置无法生长具有较低表面张力的晶体，并且难以生长容易氧化的晶体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶体的生长装置及生长方法，采用本发明提供的晶体生长装置，不仅可以生长常规光学浮区法所能生长的晶体之外，还能够生长具有较低表面张力的晶体、容易氧化的晶体和有易挥发组分的晶体。

一种晶体的生长装置，包括：聚光屏；

设置在聚光屏内的红外光源和透明的坩埚，所述红外光源设置在所述坩埚的周围；

用于支撑所述坩埚的支撑杆；

所述支撑杆和坩埚通过坩埚托相连接。

优选的，所述坩埚为透明陶瓷坩埚、玻璃坩埚或透明晶体坩埚。

优选的，所述坩埚包括坩埚壁和坩埚底，所述坩埚壁具有倾角，所述坩埚底设置有籽晶槽。

优选的，所述坩埚的红外波段透过率≥80％。

优选的，所述坩埚的熔点比所生长的晶体的熔点高400～2000℃。

优选的，所述红外光源为无影卤素灯，所述红外光光源的个数为2～4个。

优选的，所述红外光源以所述坩埚的中心铅垂线为轴线对称分布在所述坩埚的周围。

优选的，所述支撑杆为可升降和旋转的支撑杆。

本发明提供一种晶体的生长方法，包括以下步骤：

将多晶依次进行熔化和凝固，得到预处理的多晶；

采用上述生长装置，将预处理的多晶在坩埚内进行加热，进行晶体的生长，得到单晶。

优选的，所述加热的过程具体包括：

以第一温度对多晶进行加热，加热20～60min后以第一速率降温至第二温度，对多晶进行加热，进行晶体的生长，晶体生长结束后以第二速率降温至第三温度，得到晶体；

所述第一温度为所生长晶体熔点以上50～100℃；

第二温度为所生长晶体熔点以上0～25℃；

第三温度为20～35℃；

第一速率为1～10℃/小时；

第二速率为20～50℃/小时。

浮区法生长晶体效率高，用料少，在材料科学研究领域具有明显的优势。科学出版社出版的《晶体生长科学与技术》一书中详细描述了光学浮区法的原理特点。浮区法熔区的维持，依靠熔体表面张力的作用，并有熔体所能维持的高度L与熔体的表面张力γ和熔体的密度ρ的关系式如下：

式1