本發(fā)明涉及單晶生長設備技術領域，具體涉及一種熔區(qū)附加磁場裝置及具有其的VGF單晶生長爐。

背景技術：

VGF(vertical gradient freeze,VGF)法即垂直梯度冷凝法是由美國學者Sonnenberg等人開發(fā)的一項專利技術。近年來，國內外的科研人員對VGF法生長單晶進行了大量的實驗研究，并取得了諸多的成果。美國貝爾實驗室的Monberg等人利用VGF法生長了磷化銦(InP)和砷化鎵(GaAs)晶體，首次將VGF技術應用于半導體化合物單晶生長。隨著VGF技術的不斷改進，更多的半導體單晶被生長出來。如今該方法已經被成功應用于砷化鎵(GaAs)晶體、磷化銦(InP)晶體、鍺(Ge)和碲鋅鎘(CdZnTe)等單晶。

皮特魯道夫(P.Rudolph)證明移動的磁場產生洛倫茲力，它可最佳化晶體生長過程中質量和熱量的傳遞。之后對于磁場的應用，無論是理論還是實驗都進行了廣泛的研究，特別是VGF法生長各種不同的材料。但現在技術生長單晶存在成晶率低，晶體質量差等問題。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于克服現有技術存在的不足，提供一種熔區(qū)附加磁場裝置及具有其的VGF單晶生長爐，采用對稱的永磁場能夠有效地抑制單晶爐中的熔體對流，并降低固液界面的溫度波動，提高晶體質量。

本發(fā)明所述的熔區(qū)附加磁場裝置：所述磁場裝置包括磁體及內外導磁板，套設于單晶爐外采用中心對稱布置，用于在VGF單晶生長爐內產生磁場，其中內導磁板位于單晶爐與磁體之間，且與單晶爐和磁體相接觸，外導磁板位于磁體遠離內導磁板的一側。

優(yōu)選地，所述磁場裝置還包括上磁扼以及下磁軛，上磁扼與下磁軛均連接于內導磁板及外導磁板之間且分別位于磁體的兩端，內導磁板、外導磁板、上磁扼以及下磁軛共同圍成空間，磁體位于該空間內。

優(yōu)選地，所述磁體由若干塊稀土釹鐵硼拼接構成，環(huán)形磁體構成中心對稱系統(tǒng)，中心磁場強度為800-900GS且磁場中心與單晶爐中晶體生長方向平行，磁感線范圍完全覆蓋坩堝中的溶液。

優(yōu)選地，所述磁場裝置還具有支撐架，支撐架突出于單晶爐并支撐磁體。

優(yōu)選地，所述磁場裝置套置于VGF單晶爐外側，VGF單晶爐的外爐筒與磁場裝置的內導磁板接觸。

本發(fā)明所述的具有熔區(qū)附加磁場裝置的VGF單晶生長設備，包括VGF單晶爐和上述磁場裝置，所述VGF單晶爐的外爐筒與磁場裝置的內導磁板接觸。

本發(fā)明的磁場裝置采用對稱永磁場結構，不耗能，免維護，沒有噪音污染。磁場裝置套設于單晶爐外側并與單晶爐相接觸，縮短了磁場裝置與單晶爐的間距，不僅結構簡單、占用空間少，還避免了磁場強度的損失，可向單晶爐提供強度最理想的磁場。本發(fā)明的具有磁場裝置的VGF單晶生長設備，由于磁場裝置的作用，能夠有效地抑制單晶爐中的熔體對流，并降低固液界面溫度波動，提高晶體質量和成晶率。

附圖說明

通過結合下面附圖對其實施例進行描述，本發(fā)明的上述特征和技術優(yōu)點將會變得更加清楚和容易理解。

圖1是本發(fā)明的具有熔區(qū)附加磁場的VGF單晶生長設備的截面圖。

其中1：VGF單晶爐體；2：上磁軛；3：外導磁板；4：磁體；5：下磁軛；6：內導磁板；7：坩堝；8：熔體。

具體實施方式

下面將參考附圖來描述本發(fā)明所述的實施例。本領域的普通技術人員可以認識到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式或其組合對所描述的實施例進行修正。因此，附圖和描述在本質上是說明性的，而不是用于限制權利要求的保護范圍。此外，在本說明書中，附圖未按比例畫出，并且相同的附圖標記表示相同的部分。

下面結合圖1來詳細說明本實施例。

本發(fā)明提供的具有熔區(qū)附加磁場裝置的VGF單晶生長爐的結構如圖1所示，所述磁場裝置套置于單晶爐外側。磁場對于晶體生長過程的影響包括平緩了固液界面的形狀，減小熱應力和微觀的非均勻性，增加熔體的混合、熔體和器具間的相互作用等。

VGF單晶爐具有VGF單晶爐體1以及其內部的坩堝7和熔體8。

磁場裝置與VGF單晶爐的爐體相接觸。磁場裝置包括磁體4、內導磁板6、外導磁板3、上磁扼2以及下磁軛5。磁體4大致為環(huán)形。內導磁板6、外導磁板3、上磁扼2以及下磁軛5共同圍成空間，磁體4位于該空間內。內導磁板6位于爐體的外側壁與與磁體4之間，且與爐體的外側壁相接觸。內導磁板6與單晶爐體的外側壁形狀相同，在各處均為面接觸。外導磁板3位于磁體4遠離內導磁板6的一側。上磁扼2與下磁軛5均處于內導磁板6及外導磁板3之間，且分別位于磁體4的兩端。

目前生長磷化銦單晶所使用的坩堝總高度為200mm，以4-5公斤裝料量計算，磁體高度應不小于400mm。坩堝位于磁體中部偏上位置，以保證固液界面位于磁體中部，坩堝上沿與磁體上沿距離為20-80mm。

磁場裝置的固定方式：內導磁板6采用螺釘或焊接的方法與VGF單晶爐外壁緊密聯(lián)接；下磁軛5由螺釘與支撐架聯(lián)接；內導磁板6、外導磁板3、上磁軛2以及下磁軛5之間由螺釘固定。

所述磁體4由若干塊稀土釹鐵硼拼接構成，環(huán)形磁體構成中心對稱系統(tǒng)，中心磁場強度為800-900GS且磁場中心與單晶爐中晶體生長方向平行，磁感線范圍完全覆蓋坩堝中的溶液。

所使用磁體的尺寸應滿足磁感線完全覆蓋熔體，通過選擇不同型號的永磁體和不同磁體形狀來控制磁場強度，保證磁感線覆蓋熔體范圍。

磁場裝置還具有支撐架(未圖示)，支撐架突出于單晶爐并支撐磁體。

本發(fā)明采用的附加在熔區(qū)的磁場由稀土永磁體產生，不同于現有技術使用的電磁場。使用永磁體產生磁場的優(yōu)點在于磁場穩(wěn)定，不受外界電流電壓變化的影響。在長周期的晶體生長過程中可以保持熔體中磁場的穩(wěn)定性，更有利于長時間內抑制熔體對流，保持固液界面穩(wěn)定，有利于提高單晶生長工藝的穩(wěn)定性和重復性。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。