一種升華法制備氮化鋁晶體的生長裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于晶體制備領(lǐng)域，提供了一種升華法制備氮化鋁晶體的生長裝置，實(shí)現(xiàn)大尺寸、高質(zhì)量氮化鋁單晶體的生長工藝條件。本發(fā)明的具體內(nèi)容包括：(a)一種升華法制備氮化鋁晶體的生長裝置，由主加熱器、頂加熱器、側(cè)屏蔽層、頂屏蔽層和底屏蔽層組成，其中，所有屏蔽層均為全金屬熱反射屏，每個(gè)屏蔽層相互獨(dú)立，且內(nèi)部尺寸均按階梯狀分布；(b)裝置采用兩套獨(dú)立加熱器，通過調(diào)整兩者的功率可以方便、精確地控制生長區(qū)域的溫度，滿足氮化鋁晶體生長所需的溫度場條件；(c)加熱器和屏蔽層采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滿足：(i)加工工藝簡單，制造成本較低，(ii)使用壽命長，維護(hù)成本低，(iii)滿足生產(chǎn)的同時(shí)，不易引入雜質(zhì)，不會(huì)污染環(huán)境。
【專利說明】
一種升華法制備氮化鋁晶體的生長裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于晶體制備領(lǐng)域，特別涉及一種升華法制備氮化鋁晶體的生長裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]氮化鋁晶體是第三代半導(dǎo)體材料(氮化鋁、氮化鎵、碳化硅、氧化鋅、金剛石等)的典型代表之一，又是這些材料中的直接帶隙、禁帶寬度最寬(6.2電子伏特)的一個(gè)；它同時(shí)具備了極為優(yōu)良的光、電、聲、機(jī)械性質(zhì)，已經(jīng)表現(xiàn)出極其廣闊的應(yīng)用前景和難以估量的巨大經(jīng)濟(jì)效益。升華法(或物理氣相傳輸法)是目前制備氮化鋁晶體最常用的方法，其基本過程是氮化鋁物料高溫下分解升華，然后在低溫區(qū)再結(jié)晶形成氮化鋁單晶體。該方法制備氮化鋁晶體過程中，由于生長溫度超過2000°C，且生長區(qū)域的溫度分布對(duì)晶體的生長速率、形態(tài)及結(jié)晶質(zhì)量都有較大的影響，因此，要求生長裝置在生長區(qū)域既能滿足能夠高溫條件，又能較為精確地控制溫度場。
[0003]近十年來,隨著碳化娃、藍(lán)寶石等高溫晶體材料制備技術(shù)的發(fā)展,中頻感應(yīng)加熱爐有加熱快、能耗小等優(yōu)點(diǎn)，成為生長這些材料的主要設(shè)備。然而，氮化鋁晶體生長對(duì)溫度場條件十分敏感。溫度場條件是否合適直接決定了氮化鋁晶體生長質(zhì)量的優(yōu)劣。而中頻感應(yīng)加熱爐主要是通過坩堝的上下移動(dòng)來改變與線圈的相對(duì)位置，來調(diào)整生長區(qū)的溫度場分布，難以精確地控制溫度場分布，尤其是氣化區(qū)和結(jié)晶區(qū)的溫度差。因此，為了達(dá)到合適生長條件所需探索的工藝較多、周期較長。綜上，研發(fā)適宜于升華法制備氮化鋁晶體的生長裝置十分重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種升華法制備氮化鋁晶體的生長裝置，滿足大尺寸、高質(zhì)量氮化鋁單晶體的生長工藝條件。
[0005]實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種升華法制備氮化鋁晶體的生長裝置，由主加熱器(4)、頂加熱器(3)、側(cè)屏蔽層(5)、頂屏蔽層(2)和底屏蔽層(6)組成，其中，所有屏蔽層均為全金屬熱反射屏，每個(gè)屏蔽層相互獨(dú)立，且內(nèi)部尺寸均按階梯狀分布。
[0006]上述技術(shù)方案中，頂加熱器(3)是由圓形鎢板切割加工而成近“W”形的圓盤，其兩端分別與2個(gè)引出電極(I)焊固。
[0007]上述技術(shù)方案中，主加熱器(4)是由矩形鎢板切割加工成“矩形波”形狀后再在高溫下整體合圍成的閉合圓筒。
[0008]上述技術(shù)方案中，主加熱器⑷由圓筒同一側(cè)的三等分處分別與3個(gè)引出電極(I)連接焊固。
[0009]上述技術(shù)方案中，側(cè)屏蔽屏(5)由內(nèi)向外依次為3-9層的鎢圓筒以及3-6層的鑰圓筒，圓筒之間經(jīng)由鎢桿穿孔定位后焊固而成，筒高度呈階梯狀分布，相鄰?fù)查g的距離為3-15暈米。
[0010]上述技術(shù)方案中，頂屏蔽層(2)由內(nèi)部為6-15層鎢圓板及外部為3-6層鑰圓板經(jīng)由鎢桿穿孔定位后焊固而成，鎢、鑰圓板的直徑呈階梯狀增大，相鄰兩圓板間的距離為3-15毫米。
[0011]上述技術(shù)方案中，底屏蔽層(6)由上向下依次為鎢盤、鎢支架、6-15層鎢圓板和
3-6層鑰圓板，各組件之間經(jīng)由鎢桿定位后焊固，其中，鎢、鑰圓板的直徑呈階梯狀增大，相鄰兩圓板間的距離為3-15毫米。
[0012]上述技術(shù)方案中，所有的焊固均為氬弧焊固。
[0013]該發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn):
[0014](I)該發(fā)明用于升華法制備氮化鋁晶體，包括兩套加熱器，通過調(diào)整兩者的加熱功率可以精確地控制生長區(qū)域的溫度，操作方便，滿足氮化鋁晶體生長所需的溫度場條件；
[0015](2)無論是加熱器還是屏蔽層，兩者均是通過金屬鎢的板材切割加工而成，工藝較為簡單，可輕松加工，制造成本較低；
[0016](3)屏蔽屏可以有效減少熱量通過輻射和對(duì)流方式的損失，同時(shí)，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)降低了屏蔽層因形變帶來不良的影響；
[0017](4)3個(gè)屏蔽層彼此相互獨(dú)立，一旦有損壞，僅需維修更換損壞的屏蔽層，裝置的維護(hù)成本較低；
[0018](5)鎢板材制作的加熱器，不易斷裂，且高溫脆化現(xiàn)象不明顯，經(jīng)久耐用；
[0019](6)整個(gè)裝置既有較好的耐高溫性，又不易引入雜質(zhì)，同時(shí)不會(huì)污染環(huán)境，對(duì)人體無害。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中主加熱器的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明提供了一種升華法制備氮化鋁晶體的生長裝置。下面舉一個(gè)用本發(fā)明制作的生長裝置的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0023]實(shí)施例
[0024]該實(shí)施例中一種升華法制備氮化鋁晶體的生長裝置，如圖1所示，由主加熱器
(4)、頂加熱器(3)、側(cè)屏蔽層(5)、頂屏蔽層(2)和底屏蔽層(6)組成，其中，所有屏蔽層均為全金屬熱反射屏，每個(gè)屏蔽層相互獨(dú)立，且內(nèi)部均按階梯狀分布。主加熱器(4)如圖2所示，是由矩形的金屬鎢板加工而成。加工過程包括:首先將2毫米厚鎢板進(jìn)行激光切割成“矩形波”形狀，其中，上下各個(gè)單元的尺寸相同；然后將切割后的鎢板在高溫下整體合圍成圓筒狀，同時(shí)保證每個(gè)單元之間相互隔離，這樣的結(jié)構(gòu)能使該加熱器的有效輻射面積增大，并且可以保障爐膛內(nèi)溫度較為均勻。3個(gè)引出電極(I)間隔均勻的連接在加熱器上，其中每個(gè)連接處開3個(gè)定位孔(7)，孔徑2毫米，然后，將鎢桿穿過孔進(jìn)行定位，并通過氬弧焊進(jìn)行焊接固定，引出電極(I)穿過頂屏蔽層，穿過部位帶絕緣瓷件。頂加熱器(3)由厚度為2毫米的圓形鎢板經(jīng)激光切割成近“W”形狀，兩端引出2個(gè)引出電極(I)經(jīng)過氬弧焊接固定。頂加熱器(3)和主加熱器(4)的引出電極(I)均穿過頂屏蔽層，穿過部位帶絕緣瓷件。側(cè)屏蔽層(5)由6層鎢圓筒和6層鑰圓筒組成，其中，圓筒分別由厚度為O。5毫米的鎢板和鑰板在高溫下整體合圍而成，圓筒之間距離5毫米，高度呈階梯狀分布，圓筒之間經(jīng)由鎢桿穿孔定位后焊固。頂屏蔽層(2)由9層厚度為I毫米的鎢圓板和3層厚度為I毫米的鑰圓板組成，圓板經(jīng)由鎢桿穿孔定位后焊固而成，鎢、鑰圓板直徑呈階梯狀增大，相鄰兩圓板間的距離為5毫米。底屏蔽層(6)由上向下依次為厚度為5毫米的鎢盤、3個(gè)鎢支架、9層厚度為I毫米的鎢圓板和3層厚度為I毫米的鑰圓板，它們之間均由鎢桿定位后焊固，其中，鎢、鑰圓板直徑呈階梯狀增大，相鄰兩圓板間的距離為3-15毫米。組裝后的生長裝置，頂屏蔽層、底屏蔽層與側(cè)屏蔽層之間實(shí)現(xiàn)較為緊密的結(jié)合，可有效的減少熱輻射和對(duì)流損耗。
[0025]整個(gè)生長裝置以工業(yè)上380伏的三相交流電作為電源，經(jīng)過電源的轉(zhuǎn)化電路單元后，將其轉(zhuǎn)化成低電壓、大電流的三相電和二相電，并分別與主加熱器和頂加熱器的引出電極相連，加熱器可形成電阻發(fā)熱，并根據(jù)生長工藝的需要調(diào)整這兩個(gè)加熱器的加熱功率進(jìn)而滿足氮化鋁晶體生長所需的溫度場條件。
【權(quán)利要求】
1.一種升華法制備氮化鋁晶體的生長裝置，由主加熱器(4)、頂加熱器(3)、側(cè)屏蔽層(5)、頂屏蔽層(2)和底屏蔽層(6)組成，其中，所有屏蔽層均為全金屬熱反射屏，每個(gè)屏蔽層相互獨(dú)立，且內(nèi)部尺寸均按階梯狀分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長裝置，其特征在于，頂加熱器(3)是由圓形鎢板切割加工而成近“W”形的圓盤，兩端分別與2個(gè)引出電極(I)焊固。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長裝置，其特征在于主加熱器(4)是由矩形鎢板切割加工成“矩形波”形狀后再在高溫下整體合圍成的閉合圓筒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的生長裝置，其特征在于主加熱器(4)由圓筒同一側(cè)的三等分處分別與3個(gè)引出電極(I)連接焊固。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長裝置，其特征在于，側(cè)屏蔽屏(5)由內(nèi)向外依次為3-9層的鎢圓筒以及3-6層的鑰圓筒，圓筒之間經(jīng)由鎢桿穿孔定位后焊固而成，筒高度呈階梯狀分布，相鄰?fù)查g的距離為3-15毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長裝置，其特征在于，頂屏蔽層(2)由內(nèi)部為6-15層鎢圓板及外部為3-6層鑰圓板經(jīng)由鎢桿穿孔定位后焊固而成，鎢、鑰圓板的直徑呈階梯狀增大，相鄰兩圓板間的距離為3-15毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長裝置，其特征在于，底屏蔽層(6)由上向下依次為鎢盤、鎢支架、6-15層鎢圓板和3-6層鑰圓板，各組件之間經(jīng)由鎢桿定位后焊固，其中，鎢、鑰圓板的直徑呈階梯狀增大，相鄰兩圓板間的距離為3-15毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長裝置，其特征在于所有的焊固均為氬弧焊固。
【文檔編號(hào)】C30B23/06GK104233459SQ201310254352
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月10日
【發(fā)明者】武紅磊, 鄭瑞生, 徐百勝, 閆征, 鄭偉, 李萌萌 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)