本實用新型涉及一種新材料制備技術領域，具體為一種鍺單晶生長爐。
背景技術：
鍺是稀有金屬元素，在自然界中儲量稀少且分布分散，由于鍺所具有半導體特性，其應用基本在高科技領域，電子、光導纖維、紅外光學、半導體材料等行業(yè)，由此而成為當今世界上非常重要的戰(zhàn)略物資。目前全世界鍺的年產(chǎn)量大約在200噸左右，我國是鍺的主要生產(chǎn)國之一，總量在100噸左右，約占世界生產(chǎn)總量的50%。隨著科學技術的發(fā)展，其用途不斷擴展，現(xiàn)在廣泛用于軍事、航天、通訊、醫(yī)藥等各個領域，諸如電子工業(yè)、紅外及紅外光學、光導纖維、超導材料、光導材料、鍺合金等各方面都需要鍺。
近年來，鍺襯底化合物半導體疊層電池因其高效率、高電壓和高溫特性好等優(yōu)點，廣泛應用于空間衛(wèi)星太陽能電池、國防邊遠山區(qū)雷達站、微波通訊站。鍺襯底生長Ⅲ-Ⅴ化合物薄膜太陽能電池可實用的最高轉(zhuǎn)換效率為28%-32%。超低位錯密度、低晶片殘留應力、高平整度的鍺單晶是研制衛(wèi)星太陽能電池重要襯底材料。
要想獲得如此高純度的鍺單晶，主要的制備技術是水平布里奇曼方法（HB）、直拉方法（CZ）、垂直梯度凝固法（VGF）等方法。
VGF法（垂直梯度凝固法）由于生長單晶時溫度梯度較低，生長速率較小，目前已成為生長大直徑、低位錯密度晶體的主流技術之一。在VGF法生長晶體工藝過程中，鍺單晶生長爐的設計需要充分考慮到溫度控制、鍺單晶爐內(nèi)系統(tǒng)位置、溫場與爐內(nèi)系統(tǒng)銜接問題，國內(nèi)尚無8英寸VGF鍺晶體生長技術。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有的鍺單晶爐存在生產(chǎn)效率低下，爐內(nèi)溫度控制不精準的問題，本實用新型提出一種鍺單晶生長爐。
本實用新型的鍺單晶生長爐，垂直固定在底座上，其特征在于該生長爐采用圓柱形不銹鋼爐體，爐體側(cè)壁自下而上設置若干個加熱電極，沿爐體內(nèi)側(cè)設置環(huán)形的保溫材料；沿爐體中軸底部設置支撐系統(tǒng)，支撐系統(tǒng)上架設石英異型管，石英異型管內(nèi)自下而上依次設置下層坩堝、中環(huán)、上層坩堝以及封帽，石英異型管上方覆蓋石英棉。
所述的石英異型管底部封閉，下部為漏斗形，上部為筒形，頂部開口；下層坩堝和上層坩堝均為漏斗形，底部設置細管；中環(huán)由石英外環(huán)、石英斜面和石英橫桿組成，石英斜面放置于石英外環(huán)內(nèi)，石英斜面上設置石英橫桿，石英橫桿支撐在石英異型管內(nèi)壁用于固定。
所述的支撐系統(tǒng)采用不同口徑的圓柱形石英環(huán)同心放置，石英環(huán)間填充石英棉，石英異型管的漏斗形以及下層坩堝底部的細管位于支撐系統(tǒng)內(nèi)，使石英異型管擺放穩(wěn)固，更有利于溫度控制，把控細管內(nèi)的籽晶狀態(tài)。
所述的加熱電極設置七個，加熱電極將爐體分隔為六個溫區(qū)，在各個溫區(qū)分別設置用于監(jiān)測溫度的熱電偶；支撐系統(tǒng)位于第一溫區(qū)至第三溫區(qū)，下層坩堝位于第三溫區(qū)至第四溫區(qū)，上層坩堝位于第四溫區(qū)至第五溫區(qū)。
所述的加熱電極距爐底的高度分別為15-30cm、25-40cm、40-60cm、65-85cm、80-100cm、90-110cm以及95-115cm；所述的支撐系統(tǒng)距爐底高度為45-80cm，下層坩堝及上層坩堝長度為16-26cm。
使用時，將鍺籽晶置于下層坩堝底部的細管內(nèi)，然后分別在上層坩堝及下層坩堝內(nèi)放入?yún)^(qū)熔鍺錠，同時加入其他摻雜物如高純鎵、三氧化二硼，然后將石英封帽蓋在石英管頂部，然后對石英異型管進行抽真空，達到合適的真空后，再對石英異型管進行加熱、恒溫以及冷卻等過程，區(qū)熔鍺錠熔化后由上層坩堝流入下層坩堝內(nèi)完成單晶生長。本實用新型采用的石英異型管在鍺單晶生長完成后退火降溫，將石英異型管取出敲碎，得到鍺晶錠，石英斜面和石英橫桿可以取出重復利用。
溫度是VGF法鍺單晶生長中最重要變量，直接影響鍺單晶生長的質(zhì)量。本實用新型的鍺單晶生長爐，通過對爐體溫區(qū)的設置，能夠精準控制各個溫區(qū)鍺單晶生長過程中升溫熔料階段、籽晶熔接階段、晶體生長階段和晶體冷卻階段的溫度，可以形成8英寸鍺單晶，打破了國外對我國8英寸鍺單晶生長的技術封鎖。
眾所周知，現(xiàn)在國內(nèi)VGF法鍺單晶生長主要為4英寸和6英寸，8英寸生長工藝還屬于空白領域，并且由于溫場控制對晶體生長的影響，單晶的尺寸越大越難成晶。本發(fā)明設計的6個溫區(qū)分布合理，并且6個溫區(qū)與支撐系統(tǒng)、石英異型管、上下坩堝位置相互配套，能夠精確控制籽晶熔接和晶體生長。
附圖說明
圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，爐體1，加熱電極2，支撐系統(tǒng)3，石英異型管4，熱電偶5，下層坩堝4-1，中環(huán)4-2，上層坩堝4-3，封帽4-4。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本實用新型的鍺單晶生長爐進行說明。
實施例1：本實用新型的鍺單晶生長爐，垂直固定在底座上，其特征在于該生長爐采用圓柱形不銹鋼爐體1，爐體1側(cè)壁自下而上設置若干個加熱電極2，沿爐體1內(nèi)側(cè)設置環(huán)形的保溫材料；沿爐體1中軸底部設置支撐系統(tǒng)3，支撐系統(tǒng)3上架設石英異型管4，石英異型管4內(nèi)自下而上依次設置下層坩堝4-1、中環(huán)4-2、上層坩堝4-3以及封帽4-4，石英異型管4上方覆蓋石英棉。
所述的石英異型管4底部封閉，下部為漏斗形，上部為筒形，頂部開口；下層坩堝4-1和上層坩堝4-3均為漏斗形，底部設置細管；中環(huán)4-2由石英外環(huán)、石英斜面和石英橫桿組成，石英斜面放置于石英外環(huán)內(nèi)，石英斜面上設置石英橫桿，石英橫桿支撐在石英異型管4內(nèi)壁用于固定。
所述的支撐系統(tǒng)3采用不同口徑的圓柱形石英環(huán)同心放置，石英環(huán)間填充石英棉，石英異型管4的漏斗形以及下層坩堝4-1底部的細管位于支撐系統(tǒng)3內(nèi)，使石英異型管4擺放穩(wěn)固，更有利于溫度控制，把控細管內(nèi)的籽晶狀態(tài)。
所述的加熱電極2設置七個，加熱電極2將爐體1分隔為六個溫區(qū)，在各個溫區(qū)分別設置用于監(jiān)測溫度的熱電偶5；支撐系統(tǒng)3位于第一溫區(qū)至第三溫區(qū)，下層坩堝4-1位于第三溫區(qū)至第四溫區(qū)，上層坩堝4-3位于第四溫區(qū)至第五溫區(qū)。
所述的加熱電極2距爐底的高度分別為15cm、25cm、40cm、65cm、80cm、90cm以及95cm；所述的支撐系統(tǒng)3距爐底高度為45，下層坩堝4-1及上層坩堝4-3長度為26cm。
實施例2：本實用新型的鍺單晶生長爐，垂直固定在底座上，其特征在于該生長爐采用圓柱形不銹鋼爐體1，爐體1側(cè)壁自下而上設置若干個加熱電極2，沿爐體1內(nèi)側(cè)設置環(huán)形的保溫材料；沿爐體1中軸底部設置支撐系統(tǒng)3，支撐系統(tǒng)3上架設石英異型管4，石英異型管4內(nèi)自下而上依次設置下層坩堝4-1、中環(huán)4-2、上層坩堝4-3以及封帽4-4，石英異型管4上方覆蓋石英棉。
所述的石英異型管4底部封閉，下部為漏斗形，上部為筒形，頂部開口；下層坩堝4-1和上層坩堝4-3均為漏斗形，底部設置細管；中環(huán)4-2由石英外環(huán)、石英斜面和石英橫桿組成，石英斜面放置于石英外環(huán)內(nèi)，石英斜面上設置石英橫桿，石英橫桿支撐在石英異型管4內(nèi)壁用于固定。
所述的支撐系統(tǒng)3采用不同口徑的圓柱形石英環(huán)同心放置，石英環(huán)間填充石英棉，石英異型管4的漏斗形以及下層坩堝4-1底部的細管位于支撐系統(tǒng)3內(nèi)，使石英異型管4擺放穩(wěn)固，更有利于溫度控制，把控細管內(nèi)的籽晶狀態(tài)。
所述的加熱電極2設置七個，加熱電極2將爐體1分隔為六個溫區(qū)，在各個溫區(qū)分別設置用于監(jiān)測溫度的熱電偶5；支撐系統(tǒng)3位于第一溫區(qū)至第三溫區(qū)，下層坩堝4-1位于第三溫區(qū)至第四溫區(qū)，上層坩堝4-3位于第四溫區(qū)至第五溫區(qū)。
所述的加熱電極2距爐底的高度分別為30cm、40cm、60cm、85cm、80-100cm、110cm以及115cm；所述的支撐系統(tǒng)3距爐底高度為80cm，下層坩堝4-1及上層坩堝4-3長度為16cm。