本實用新型涉及單晶生長設(shè)備技術(shù)領(lǐng)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(shù)：

VGF(vertical gradient freeze,VGF)法即垂直梯度冷凝法是由美國學(xué)者Sonnenberg等人開發(fā)的一項專利技術(shù)。近年來，國內(nèi)外的科研人員對VGF法生長單晶進(jìn)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(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體化合物單晶生長。隨著VGF技術(shù)的不斷改進(jìn)，更多的半導(dǎo)體單晶被生長出來。如今該方法已經(jīng)被成功應(yīng)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?shù)婪?P.Rudolph)證明移動的磁場產(chǎn)生洛倫茲力，它可最佳化晶體生長過程中質(zhì)量和熱量的傳遞。之后對于磁場的應(yīng)用，無論是理論還是實驗都進(jìn)行了廣泛的研究，特別是VGF法生長各種不同的材料。但現(xiàn)在技術(shù)生長單晶存在成晶率低，晶體質(zhì)量差等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)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(zhì)量。

本實用新型所述的熔區(qū)附加磁場裝置：所述磁場裝置包括磁體及內(nèi)外導(dǎo)磁板，套設(shè)于單晶爐外采用中心對稱布置，用于在VGF單晶生長爐內(nèi)產(chǎn)生磁場，其中內(nèi)導(dǎo)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(dǎo)磁板位于磁體遠(yuǎn)離內(nèi)導(dǎo)磁板的一側(cè)。

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(nèi)導(dǎo)磁板及外導(dǎo)磁板之間且分別位于磁體的兩端，內(nèi)導(dǎo)磁板、外導(dǎo)磁板、上磁扼以及下磁軛共同圍成空間，磁體位于該空間內(nèi)。

優(yōu)選地，所述磁體由若干塊稀土釹鐵硼拼接構(gòu)成，環(huán)形磁體構(gòu)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(cè)，VGF單晶爐的外爐筒與磁場裝置的內(nèi)導(dǎo)磁板接觸。

本實用新型所述的具有熔區(qū)附加磁場裝置的VGF單晶生長設(shè)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(nèi)導(dǎo)磁板接觸。

本實用新型的磁場裝置采用對稱永磁場結(jié)構(gòu)，不耗能，免維護(hù)，沒有噪音污染。磁場裝置套設(shè)于單晶爐外側(cè)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(jié)構(gòu)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。本實用新型的具有磁場裝置的VGF單晶生長設(shè)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(zhì)量和成晶率。

附圖說明

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

圖1是本實用新型的具有熔區(qū)附加磁場的VGF單晶生長設(shè)備的截面圖。

其中1：VGF單晶爐體；2：上磁軛；3：外導(dǎo)磁板；4：磁體；5：下磁軛；6：內(nèi)導(dǎo)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實用新型所述的實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識到，在不偏離本實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所描述的實施例進(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)合圖1來詳細(xì)說明本實施例。

本實用新型提供的具有熔區(qū)附加磁場裝置的VGF單晶生長爐的結(jié)構(gòu)如圖1所示，所述磁場裝置套置于單晶爐外側(cè)。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(yīng)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(nèi)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(nèi)導(dǎo)磁板6、外導(dǎo)磁板3、上磁扼2以及下磁軛5。磁體4大致為環(huán)形。內(nèi)導(dǎo)磁板6、外導(dǎo)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(nèi)。內(nèi)導(dǎo)磁板6位于爐體的外側(cè)壁與與磁體4之間，且與爐體的外側(cè)壁相接觸。內(nèi)導(dǎo)磁板6與單晶爐體的外側(cè)壁形狀相同，在各處均為面接觸。外導(dǎo)磁板3位于磁體4遠(yuǎn)離內(nèi)導(dǎo)磁板6的一側(cè)。上磁扼2與下磁軛5均處于內(nèi)導(dǎo)磁板6及外導(dǎo)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(yīng)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(nèi)導(dǎo)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(nèi)導(dǎo)磁板6、外導(dǎo)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(gòu)成，環(huán)形磁體構(gòu)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(yīng)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。

本實用新型采用的附加在熔區(qū)的磁場由稀土永磁體產(chǎn)生，不同于現(xiàn)有技術(shù)使用的電磁場。使用永磁體產(chǎn)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(nèi)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(fù)性。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實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)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。