實(shí)用新型涉及涉及半導(dǎo)體芯片單晶制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于一種晶體生長爐所用的觀察窗。

背景技術(shù)：

磷化銦(InP)是由III族元素銦(In)和V族元素磷(P)化合而成III-V族化合物半導(dǎo)體材料，在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域具有非常重要的戰(zhàn)略性地位，是目前光電器件和微電子器件不可替代的半導(dǎo)體材料。與鍺、硅材料相比，InP具有許多優(yōu)點(diǎn)：直接躍遷型能帶結(jié)構(gòu)，具有高的電光轉(zhuǎn)換效率；電子遷移率高，易于制成半絕緣材料，適合制作高頻微波器件和電路；工作溫度高；具有強(qiáng)的抗輻射能力；作為太陽能電池材料的轉(zhuǎn)換效率高等。因此，InP等材料被廣泛應(yīng)用在固態(tài)發(fā)光、微波通信、光纖通信、微波、毫米波器件、抗輻射太陽能電池等高技術(shù)領(lǐng)域。

InP單晶材料的制備一般需要先將高純銦(純度達(dá)到99.999％的銦元素單質(zhì))和紅磷在高壓容器內(nèi)進(jìn)行多晶材料合成，再將合成好的InP多晶材料在單晶爐內(nèi)制成單晶。合成的多晶料要經(jīng)過切割、清洗、腐蝕等工藝，再放入直拉單晶爐內(nèi)進(jìn)行生長，所述直拉單晶爐是一種在惰性氣體(氮?dú)?、氦氣為?環(huán)境中，用石墨加熱器將多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生長無錯(cuò)位單晶的設(shè)備。在整個(gè)備料過程中容易產(chǎn)生玷污，易產(chǎn)生難熔氧化物，外界雜質(zhì)融入到材料中的機(jī)率高。

為解決上述問題，國內(nèi)外普遍采用基于磷蒸氣注入原位合成法的直拉單晶技術(shù)。如圖1所示，該技術(shù)的基本過程就是根據(jù)磷的相態(tài)圖，逐漸增加磷源爐1的輸入功率，使磷氣化得到磷蒸氣2并以適當(dāng)?shù)乃俾首⑷氲姐熑垠w3內(nèi)，在InP的熔點(diǎn)(1062℃)附近，二者發(fā)生反應(yīng)，得到不同化學(xué)計(jì)量比的InP熔體。該技術(shù)合成的多晶材料的速度快，受玷污少，多晶純度高，容易增加產(chǎn)量，而且與之前的兩步法才能實(shí)現(xiàn)InP單晶的技術(shù)相比，磷蒸氣注入原位合成結(jié)束后，通過升降旋轉(zhuǎn)桿4將可磷源爐1移開，調(diào)節(jié)工藝參數(shù)可直接在坩堝5進(jìn)行單晶生長，最終得到高純的InP單晶。

基于磷蒸氣注入原位合成法的直拉InP單晶爐需要配備玻璃觀察窗組件6，用以清晰的觀察爐體7內(nèi)部情況和材料合成及晶體生長過程。由于InP在360℃以上開始出現(xiàn)離解現(xiàn)象，在1000℃以上離解加快，在熔點(diǎn)1062℃下的離解壓為2.75MPa，在基于磷注入原位合成法生成InP材料的過程中，容易產(chǎn)生含用易揮發(fā)的元素磷，氣化的磷冷凝到觀察窗上生成細(xì)顆粒狀固體，這些因素使觀察窗的污染在InP晶體制備過程中成為一個(gè)不可避免的問題。雖然磷注入合成法有B₂O₃(氧化硼8)用作覆蓋劑以防InP熔體離解，并且爐腔內(nèi)充滿惰性氣體，但是生長爐長時(shí)間連續(xù)工作過程所產(chǎn)生的揮發(fā)物對(duì)觀察窗的污染卻不能忽視，因?yàn)榧?xì)顆粒狀磷固體得不到清除，長時(shí)間累積會(huì)使?fàn)t體內(nèi)側(cè)觀察窗透明度降低，難以觀察到爐內(nèi)的狀態(tài)。

針對(duì)此問題，現(xiàn)有技術(shù)如河北半導(dǎo)體研究所使用的CZ-50型單晶爐采取如圖2所示的觀察窗遮擋裝置，該裝置由遮擋片9、爐外調(diào)節(jié)手柄10、爐體密封組件11以及遮擋片和調(diào)節(jié)手柄10間的連接桿12組成。該部件可在45°范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在不需要觀察時(shí)，遮擋片恰好擋在觀察窗13的正下方，如圖3a所示，此時(shí)摭擋片9可阻隔磷蒸氣對(duì)觀察窗13的污染。而在需要特別注意爐內(nèi)的工作狀態(tài)時(shí)，或任何需要對(duì)爐內(nèi)狀態(tài)進(jìn)行觀察時(shí)，都可將該遮擋片9的爐外調(diào)節(jié)手柄10旋轉(zhuǎn)45°，此時(shí)摭擋片9也隨之旋轉(zhuǎn)45°，離開觀察窗13下方，如圖3b所示。該裝置可以一定程度上摭擋揮發(fā)物沉積至觀察窗造成的污染，但該裝置由于摭擋片9和觀察窗13之間不可避免的寬縫隙存在，揮發(fā)物經(jīng)擴(kuò)散仍然有部分會(huì)沉積在觀察窗13的玻璃上且得不到有效清除進(jìn)而污染觀察窗13，使觀察窗13的透明度降低甚至被完全摭擋住，影響對(duì)爐內(nèi)狀態(tài)的觀測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型一種基于原位合成法的InP單晶爐用觀察窗裝置，可阻擋揮發(fā)物向觀察窗玻璃表面的聚積遇冷凝固，并及時(shí)清除聚積于觀察窗玻璃上的細(xì)顆粒狀固態(tài)磷，避免對(duì)觀察窗的污染。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案為：一種基于原位合成法的InP單晶爐用觀察窗裝置，包括貫穿爐體內(nèi)外的觀察通道，觀察通道出口處設(shè)置有觀察窗，還包括

進(jìn)氣管道，向觀察通道通入惰性氣體；

一圈小進(jìn)氣孔，沿內(nèi)層管壁間隔地并與通道軸線垂直地設(shè)置，形成一密閉氣障，阻礙上升的揮發(fā)物接近觀察窗玻璃表面；

掃氣管道，相對(duì)于觀察通道軸線傾斜成一定角度，掃氣管道出口與所述觀察窗相對(duì)，且掃氣管道出口在所述一圈小進(jìn)氣孔的上方，

優(yōu)選地，所述掃氣管道通入惰性氣體，可及時(shí)吹掃掉氣障未阻擋住的揮發(fā)物遇觀察窗凝結(jié)的細(xì)顆粒狀磷。

優(yōu)選地，所述觀察通道固定連接有夾層連接管，在夾層連接管的外層管壁上連有進(jìn)氣管道，夾層連接管的內(nèi)層管壁與夾層連接管外層管壁組成一封閉空間。

優(yōu)選地，所述進(jìn)氣管道和掃氣管道分屬于兩路氣體通道，分別通入惰性氣體。

優(yōu)選地，所述進(jìn)氣管道和掃氣管道的管道氣壓可調(diào)節(jié)。

優(yōu)選地，夾層連接管上端與觀察窗下法蘭固定連接在一起，在觀察窗的下法蘭上方設(shè)置有觀察窗上法蘭，在觀察窗上法蘭與觀察窗下法蘭之間固定設(shè)置有觀察窗玻璃。

優(yōu)選地，所述觀察通道設(shè)置在與爐體上端固定連接的法蘭上。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

本實(shí)用新型所述的一種基于原位合成法的InP單晶爐用觀察窗裝置，形成進(jìn)氣通道和掃氣通道兩路氣體通道，通過往一路進(jìn)氣管道通入惰性氣體，至夾層管道內(nèi)壁一圈小進(jìn)氣孔出氣，形成一密閉氣障，阻礙上升的揮發(fā)物接近觀察窗玻璃表面，有效防止揮發(fā)物遇冷沉積；通過往另一路掃氣管道通入惰性氣體，可及時(shí)吹掃掉氣障未阻擋住的揮發(fā)物遇玻璃觀察窗凝結(jié)的細(xì)顆粒狀磷，從而有效解決磷蒸氣注入原位合成法的直拉InP單晶爐上方觀察窗的摭蔽問題，而且本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。

附圖說明

通過結(jié)合下面附圖對(duì)其實(shí)施例進(jìn)行描述，本實(shí)用新型的上述特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚和容易理解。

圖1為現(xiàn)有基于磷蒸氣注入原位合成法的直拉InP單晶爐示意圖。

圖2為現(xiàn)有觀察窗遮擋裝置示意圖。

圖3a為現(xiàn)有觀察窗遮擋裝置處于摭擋位置時(shí)的示意圖。

圖3b為現(xiàn)有觀察窗遮擋裝置處于移出位置時(shí)的示意圖。

圖4為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是圖4觀察窗部分的放大圖。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖來描述本實(shí)用新型所述的一種基于原位合成法的InP單晶爐用觀察窗的實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在不偏離本實(shí)用新型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(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護(hù)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(biāo)記表示相同的部分。

下面結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本實(shí)施例。

如圖4所示，基于原位合成法的生長InP晶體的過程以及生成揮發(fā)性磷原理簡要如下，在設(shè)計(jì)好的熱場中旋轉(zhuǎn)坩堝5，坩堝5中裝入一定量的高純銦和液封劑氧化硼8(B₂O₃)，在磷泡中裝入高純紅磷，坩堝5內(nèi)銦熔體3被加熱到預(yù)定溫度后，通過控制磷源爐1的功率逐漸將磷泡內(nèi)的磷加熱氣化注入到銦熔體3中，原位合成InP材料，合成結(jié)束后，移開磷源爐1，引入籽晶，通過調(diào)整溫度實(shí)現(xiàn)InP單晶的生長。由于InP在360℃以上開始出現(xiàn)離解現(xiàn)象，在1000℃以上離解加快，在熔點(diǎn)1062℃下的離解壓為2.75MPa，在基于磷注入原位合成法生成InP材料的過程中，容易產(chǎn)生含用易揮發(fā)的元素磷，氣化的磷冷凝到溫度低觀察窗(大約100℃)上會(huì)生成細(xì)顆粒狀固體，若得不到及時(shí)清除，長期累積會(huì)粘附于觀察窗上。

如圖4所示，本實(shí)施例是一種基于原位合成法的InP單晶爐用觀察窗，包括貫穿爐體7內(nèi)外的觀察通道20，觀察通道20設(shè)置在與爐體7上端固定連接的法蘭21上，所述的觀察通道20固定連接有夾層連接管22，在夾層連接管22的外層管壁23上連有進(jìn)氣管道24，在夾層管連接管22的內(nèi)層管壁25上沿內(nèi)層管壁25間隔地并與觀察通道20軸線垂直地設(shè)置有一圈小進(jìn)氣孔26，夾層連接管22上端與觀察窗下法蘭27固定連接在一起，下端與封口片28固定連接在一起，內(nèi)層管壁25、外層管壁23與夾層連接管22上端的觀察窗下法蘭27及下端的封口片28共同組成一封閉空間，穿過內(nèi)層管壁25和外層管壁23固定連接有另一路掃氣管道29，該掃氣管道29相對(duì)于觀察通道軸線傾斜成一定角度以使掃氣管道出口30與所述觀察窗玻璃31相對(duì)，以使出來的氣體能直接吹掃粘附在觀察窗玻璃31細(xì)小磷固體顆粒。且掃氣管道出口30在所述一圈小進(jìn)氣孔26的上方，這樣可以使一整圈小進(jìn)氣孔26出氣所產(chǎn)生的氣屏蔽與掃氣管道出口30出來的高壓掃氣互不干擾，并且可上升的揮發(fā)性氣體首先受到氣屏蔽的阻隔。

夾層連接管22的上端與觀察窗下法蘭27固定連接，在觀察窗的下法蘭上方設(shè)置有觀察窗上法蘭32，在觀察窗上法蘭與觀察窗下法蘭之間固定設(shè)置有該觀察窗玻璃31。

所述進(jìn)氣管道24和掃氣管道29分屬于兩路氣體通道，可分別通入惰性氣體，管道氣壓可調(diào)節(jié)。

通過進(jìn)氣管道24向InP晶體生長爐體7充入惰性氣體，充入的氣體首先進(jìn)入夾層連接管22的內(nèi)層管壁25與夾層連接管22的外層管壁23組成的封閉空間內(nèi)，再通過在夾層連接管22的內(nèi)層管壁25上設(shè)置一圈小進(jìn)氣孔26進(jìn)入到爐體7內(nèi)，充入氣體通過夾層連接管22在觀察窗玻璃31下方形成密閉的氣屏蔽，這可阻止在坩堝5內(nèi)基于磷蒸氣注入原位合成法中產(chǎn)生的揮發(fā)性磷蒸氣上升至玻璃觀察窗31的表面，從而使揮發(fā)性磷蒸氣無法在玻璃觀察窗31上凝結(jié)。

即使有部分揮發(fā)性磷蒸氣沖破上述的氣屏蔽，遇觀察窗玻璃31凝結(jié)成細(xì)顆粒狀磷。此時(shí)通過往另一路掃氣管道29通入惰性氣體，可及時(shí)將粘附的細(xì)顆粒狀磷吹掃掉，從而有效解決磷蒸氣注入原位合成法的直拉InP單晶爐上方觀察窗的摭蔽問題。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。