[发明专利]一种瓶颈式反应管及高通量二维单晶炉装置

说明书

本发明属于单晶和薄膜材料制备技术领域，提供一种瓶颈式反应管、以及与该瓶颈式反应管配套使用的高通量二维单晶炉装置，用以克服现有单晶炉的操作繁复、生产单晶品质低、生产效率低等缺点。本发明瓶颈式反应管呈圆筒状，其底部封闭，顶部采用封管密封，其侧面沿垂直放置设置有若干个“瓶颈”形颈部；同时，与其配套使用的高通量二维单晶炉装置，包括炉体、刚玉石英管、瓶颈式反应管、温控系统及环形加热圈，环形加热圈嵌套设置于刚玉石英管内部、与瓶颈式反应管中安装的基片呈一一对应关系、且处于同一水平位置。本发明能够实现高纯度、高品质二维单晶的高通量制备，且操作简单、成本低，大大提高生产效率。

技术领域

本发明属于单晶和薄膜材料制备技术领域，涉及一种瓶颈式反应管，以及与该瓶颈式反应管配套使用的高通量二维单晶炉装置。

背景技术

单晶在生产应用中的地位日益显著，升华法是单晶制备的标准方法，在传统的升华法中，一般将要制备的单晶样品放置于坩埚内，并在上方设有籽晶，对坩埚内样品进行加热(一般为电感耦合加热)，使样品升华，当样品接触到籽晶凝结呈三维或岛状立体外延生长得到单晶。该方法的优点在于操作简单，效率较高，但单晶的纯度无法控制；并且，难以对晶体生长面的温度进行精确控制，导致三维各个方向上生长速率不一，从而制备得晶体出现轻微的各向异性。另外，传统单晶炉的生产效率低也是其一个极大的弊端。

目前，传统单晶炉外的其他常见单晶生长炉依次存在单晶炉的操作繁复、生产单晶品质低、生产效率低等缺陷；如公开号为：CN 205774916 U的中国实用新型专利中公开一种利用布立基曼法的简单单晶炉装置，该装置优点在于结构简单，但在使用过程中需要通入惰性气体，步进式系统控制生长温度温控精确度很低，生长出来的单晶无法保证高品质，且操作繁复；又如申请号为：201610796440.1的中国发明专利中公开了一种SiC单晶生长炉设备，该设备具有较好的温度梯度控制，所生长单晶表面的缺陷可通过再升华结晶提高了原料利用率，所生长的SiC单晶的品质较高，但制备过程中同样需要通入惰性气体，操作繁复并且生产效率较低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有单晶炉的操作繁复、生产单晶品质低、生产效率低等缺点，提供一种瓶颈式反应管、以及与该瓶颈式反应管配套使用的高通量二维单晶炉装置。该高通量二维单晶炉装置在使用过程中无需通入惰性气体，操作简单、成本低，安全环保，且单晶生长可控。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种瓶颈式反应管，其特征在于，所述瓶颈式反应管呈圆筒状，其底部封闭，顶部采用封管密封，其侧面沿垂直放置设置有若干个“瓶颈”形颈部。

进一步的，所述瓶颈式反应管为真空封管，其中，原料置于底部，基片水平安装于颈部。

进一步的，所述瓶颈式反应管的外径为17～25mm。

进一步的，所述“瓶颈”形颈部的数量为7～15个，相邻颈部之间的间距为12cm～15cm。所述“瓶颈”形颈部的直径最小处的直径为3mm～15mm。

与上述瓶颈式反应管配套使用的高通量二维单晶炉装置，包括：炉体1、刚玉石英管2、瓶颈式反应管3、温控系统5及环形加热圈6；其特征在于，所述刚玉石英管2设置于炉体1内壁，所述瓶颈式反应管3设置于刚玉石英管内2，所述环形加热圈6嵌套设置于刚玉石英管2内部、与所述瓶颈式反应管3中安装的基片呈一一对应关系、且处于同一水平位置；所述温控系统5连接炉体、用于控制装置温度。

进一步的，所述高通量二维单晶炉装置中瓶颈式反应管数量≥1，每支瓶颈式反应管形状相同、且底部位于同一水平位置。

进一步的，所述炉体为一个整体炉体、或者多个分段炉体堆叠构成。

进一步的，所述炉体炉膛内径为100～150mm、外径为300～500mm；若采用分段式炉体，则分段式炉体高度为12～15mm，与配套使用的瓶颈式反应管中“瓶颈”形颈部相对应。