[发明专利]一种生长晶体材料时实现加热温度梯度的加热套

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种加热套，具体地说本发明涉及一种生长蓝宝石、多晶硅或单晶硅等晶体材料时实现加热温度梯度的加热套。

【背景技术】

在多晶硅、单晶硅或蓝宝石等晶体材料生长过程中，其中多晶硅碎料在坩埚中生长成为多晶硅锭以及多晶硅转换为单晶硅时，通过对坩埚的加热温度控制，并利用设置在坩埚底部的籽晶，使融化并围绕籽晶新生长的晶体按照籽晶的晶粒排列方式进行排列：其中籽晶为单晶时，新生长晶体的硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，这些晶核长成与籽晶晶面取向相同的晶粒，则新生长的晶体就是单晶硅；若籽晶为多晶时，这些晶核长成与籽晶晶面取向不同的晶粒，则新生长的晶体就是多晶硅；但是这个过程必须是在一个密闭的炉体内完成的。

在新晶体生长的过程中，炉室内的坩埚需要形成下低上高的温度梯度，为了形成温度梯度，传统设备通过改变坩埚的下部保温效果，增加热量的散失以便形成坩埚所需的下低上高的温度梯度。

也有技术是通过在下轴内通入液氦等低温流体，由低温流体实现带走坩埚下部热量的目的，从而形成坩埚上下的温度差“温度梯度”的效果；以热交换法为例，其生长方法为：

A、首先通过加热套加热熔化坩埚内的晶体材料碎料，使碎料熔体温度保持略高于熔点5～10℃；

B、待坩埚底部设置的籽晶上端部分被熔化时“这时晶体材料碎料也已经融化”，开始缓慢下降炉室内的温度“同时也使坩埚的温度降低，以便融化的晶体材料碎料结晶”；

C、对炉室内坩埚底部的下轴注入氦气，通过下轴的温度传递对坩埚底部进行强制冷却，这一过程中首先感知低温的是坩埚底部以及设置在坩埚内底部的籽晶，低温会随着籽晶向融化的晶体材料碎料辐射；

D、融化的晶体材料就会以籽晶为核心，逐渐生长出充满整个坩埚的晶体；这便是晶体材料的结晶过程。

上述方式在生长时所需要件包括：坩埚的底部必须与下轴紧密连接，形成温度导体；前期加热坩埚时耗热量极大；坩埚在加热过程中很难控制上部温度高于下部的诉求，使得加热套对于坩埚的加热不均匀，坩埚四周的外缘面容易形成部分距离较近处较热，其它相对于较热部分的温度较冷，尤其是坩埚内的上部中心位置温度最低，这种环境下便会出现非均匀晶核。

同理，蓝宝石的加工方法包括提拉法、坩埚下降法、导模法、热交换法、泡生法等，针对目前对蓝宝石制备的方法，以上制备方法都采用支撑体“下轴”旋转带动坩埚同步旋转的方案，获取的温度梯度都不是很理想。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种生长晶体材料时实现加热温度梯度的加热套，利用所述加热套的特殊结构，使得坩埚形成温度梯度，本发明在获取较佳温度梯度的同时，还克服了现有技术坩埚容易出现非均匀晶核的弊端。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种生长晶体材料时实现加热温度梯度的加热套，加热套呈倒扣的水桶形结构，在加热套的上部面中部设有中部孔，由中部孔处设有呈放射状分布的多个上面开口，所述多个上面开口外端向下的加热套套体上分别设有竖开口，竖开口贯通至加热套的下部；在加热套的两两竖开口之间的加热套套体上分别设有由加热套下端至加热套上部的下开口；所述加热套两侧下部分别设有连接电源正负极的连接机构。

所述的生长晶体材料时实现加热温度梯度的加热套，所述中部孔为圆形或多角形。

所述的生长晶体材料时实现加热温度梯度的加热套，所述下开口向上延伸至加热套的上端。

所述的生长晶体材料时实现加热温度梯度的加热套，延伸至加热套上端的所述下开口设有向中部孔延伸的开口，所述开口与中部孔之间留有间隔。

所述的生长晶体材料时实现加热温度梯度的加热套，加热套两侧下部所述的电源正负极连接机构为在加热套套体两侧下部分别开孔；或在加热套两侧下部分别设置支腿，在两支腿下端的外部分别设有连接块，连接块上设置连接孔。

所述的生长晶体材料时实现加热温度梯度的加热套，加热套与两支腿设置为一体。

所述的生长晶体材料时实现加热温度梯度的加热套，所述加热套的外缘面呈圆形或多角形。

所述的生长晶体材料时实现加热温度梯度的加热套，所述加热套的壁厚为上下相一致；或加热套的上部壁厚大于下部壁厚；或加热套的上部壁厚小于下部壁厚。

所述的生长晶体材料时实现加热温度梯度的加热套，所述加热套的材质为石墨或铜。

通过上述公开内容，本发明的有益效果是：