一種vb/vgf單晶生長用支撐結(jié)構(gòu)及其加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及晶體材料制備技術(shù)，具體涉及一種VB/VGF單晶生長用支撐結(jié)構(gòu)及其加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著晶體材料制備技術(shù)的不斷發(fā)展，各種用途所需的晶體材料都要求材料本身的均勻性好、缺陷密度低、熱應(yīng)力小。由于VB (垂直布里奇曼)/VGF (垂直梯度凝固)單晶生長工藝的溫度梯度小、所生長的材料的缺陷密度小、熱應(yīng)力小，均勻性好，而且具有設(shè)備簡單，等徑控制好、運(yùn)行成本低、技術(shù)比較成熟等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前晶體材料制備的主流技術(shù)。且該技術(shù)可用于多種規(guī)格、多種品種的晶體材料的生長，如II1- V族和I1-VI族材料的晶體制備。
[0003]VB/VGF晶體生長的工藝過程是將準(zhǔn)備好的多晶料及籽晶等裝入事先準(zhǔn)備好的坩禍內(nèi)，然后將坩禍裝入石英安培瓶中，在真空狀態(tài)下燒結(jié)，最后將真空狀態(tài)的坩禍-石英安培瓶系統(tǒng)裝入VB/VGF單晶爐中的支撐結(jié)構(gòu)上，采用坩禍系統(tǒng)移動或分段降溫的方法進(jìn)行晶體生長。
[0004]在VB/VGF晶體生長工藝中，坩禍-石英安培瓶系統(tǒng)的支撐部件對晶體生長的成敗是最為關(guān)鍵的影響因素之一。該支撐部件的組成結(jié)構(gòu)及其導(dǎo)熱情況對晶體生長工藝的籽晶熔接、放肩的成功與否影響尤為重要。
[0005]原有的支撐部件由石英纖維紙卷繞燒制成的內(nèi)芯、石英支撐管及石英纖維紙卷繞燒制成的外套組成。為保證晶體生長工藝的一致性，石英支撐管的一端只能使用一次，正常情況下，石英支撐管的兩端均可使用。由于石英纖維紙卷繞燒制成的外套緊緊纏繞在石英支撐管的外壁，使用兩次的石英支撐管將無法更換，只能將石英纖維紙卷繞燒制成的外套與石英支撐管一起報(bào)廢。另外，石英纖維紙卷繞燒制成的外套在使用過程中容易開裂，影響晶體生長熱場的穩(wěn)定性及成晶率。同時(shí)，石英纖維紙卷繞燒制成的外套在卷繞時(shí)會產(chǎn)生大量飛塵，對人體有害；石英纖維紙?jiān)诒簾^程中釋放出大量有毒有害氣體，污染環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和缺陷，本發(fā)明提供一種VB/VGF單晶生長用支撐結(jié)構(gòu)及其加工方法，以解決現(xiàn)有晶體生長工藝中使用的石英纖維紙卷繞燒制成的外套使用次數(shù)少，容易開裂而影響熱場及成晶不穩(wěn)定的問題，以保證批量生產(chǎn)過程中的工藝穩(wěn)定性，提高規(guī)模生產(chǎn)的成品率，降低生產(chǎn)成本。
[0007]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種VB/VGF單晶生長用支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，該支撐結(jié)構(gòu)包括監(jiān)控?zé)崤?、陶瓷纖維紙內(nèi)芯、石英支撐管、莫來石外套、石英導(dǎo)熱棒和陶瓷纖維紙小塊；所述的監(jiān)控?zé)崤佳b入陶瓷纖維紙內(nèi)芯中，陶瓷纖維紙內(nèi)芯裝入石英支撐管內(nèi)，石英支撐管裝入莫來石外套內(nèi)，石英導(dǎo)熱棒裝入陶瓷纖維紙內(nèi)芯，其上端至陶瓷纖維紙內(nèi)芯中部，陶瓷纖維紙小塊間隔塞入莫來石外套與石英支撐管之間，即組成所述的支撐結(jié)構(gòu)。
[0008]本發(fā)明所述的一種VB/VGF單晶生長用支撐結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1).根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸將莫來石外套加工成圓柱桶形狀，并將一端的內(nèi)壁打磨成一定的弧度；
(2).根據(jù)石英支撐管的內(nèi)徑尺寸卷繞陶瓷纖維紙內(nèi)芯；
(3).將卷繞好的陶瓷纖維紙內(nèi)芯塞入石英支撐管內(nèi)；
(4).將裝有陶瓷纖維紙內(nèi)芯的石英支撐管裝入烤爐內(nèi)進(jìn)行烘烤；
(5).將烘烤后的陶瓷纖維紙內(nèi)芯從石英支撐管內(nèi)取出，加工到需要的尺寸，并安裝監(jiān)控?zé)崤迹?br> (6).將加工好的陶瓷纖維內(nèi)芯裝入石英支撐管；
(7).將石英支撐管裝入莫來石外套內(nèi)；
(8).用陶瓷纖維紙小塊塞入莫來石外套與石英支撐管之間；
(9).將組裝好的支撐結(jié)構(gòu)件裝入VB/VGF晶體生長爐中，調(diào)整好與晶體生長爐的同心度及相對位置，即可投料進(jìn)行晶體生長。
[0009]本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是:通過采取本結(jié)構(gòu)進(jìn)行晶體生長，解決了因陶瓷纖維紙外套易碎、開裂等影響晶體生長工藝穩(wěn)定性問題，該莫來石外套及陶瓷纖維內(nèi)芯可以重復(fù)使用，保證了晶體生長過程的可重復(fù)性，有效地提高了生產(chǎn)效率及晶體成晶率，為規(guī)模、批量生產(chǎn)提供了可靠保障。本結(jié)構(gòu)適用于2、3、4及6英寸晶體生長工藝過程。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的一種VB/VGF單晶生長用支撐結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
參照圖1，一種VB/VGF單晶生長用支撐結(jié)構(gòu)包括監(jiān)控?zé)崤?、陶瓷纖維紙內(nèi)芯6、石英支撐管7、莫來石外套8、石英導(dǎo)熱棒9和陶瓷纖維紙小塊10 ;陶瓷纖維紙內(nèi)芯6裝入石英支撐管7內(nèi)，監(jiān)控?zé)崤?裝入陶瓷纖維紙內(nèi)芯6中，石英支撐管7裝入莫來石外套8內(nèi)，石英導(dǎo)熱棒9裝入陶瓷纖維紙內(nèi)芯6，其上端至陶瓷纖維紙內(nèi)芯6中部，陶瓷纖維紙小塊10間隔塞入莫來石外套8與石英支撐管7之間，即組成支撐結(jié)構(gòu)。
[0012]本結(jié)構(gòu)中的莫來石外套8上端內(nèi)壁加工為具有一定的弧度，以改變導(dǎo)熱方向，增加熔接籽晶部位的溫度梯度。莫來石外套8采用輕質(zhì)莫來石磚加工而成。莫來石外套8的體密度為0.7?L Og/cm3。
[0013]本結(jié)構(gòu)中的莫來石外套8內(nèi)徑與石英支撐管7外徑之間的縫隙為2-6mm。莫來石外套8外徑與晶體生長爐爐管I內(nèi)壁之間的縫隙為3?8_。石英支撐管7與陶瓷纖維紙內(nèi)芯6的長度差為15-35mm。
[0014]本結(jié)構(gòu)中的監(jiān)控?zé)崤?采用雙孔剛玉管保護(hù)的熱偶。
[0015]實(shí)施例1:本實(shí)施例以2英寸VGF單晶生長為例，該方法包括:
將輕質(zhì)莫來石磚加工成外徑85± 1mm，內(nèi)徑55± 1mm，長度470±2mm的圓柱桶形，形成莫來石外套粗胚，加工時(shí)須保證兩端平整； 將莫來石外套8的一端內(nèi)壁打磨成相對圓柱桶中心約100°的弧度；
根據(jù)石英支撐管的內(nèi)徑尺寸卷繞陶瓷纖維紙內(nèi)芯6，長度500±5mm，直徑49.5 + 0.5mm ；
將卷繞好的陶瓷纖維紙內(nèi)芯6塞入石英支撐管7內(nèi)，石英支撐管7長度470 土 0.5mm，內(nèi)外徑46/50 ±0.5mm，放入烤爐中進(jìn)