一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置及方法，包括反应炉体、温场控制组件以及冷热交换组件，所述反应炉体底部设置有旋转机构，所述旋转机构上配合连接有埚杆，所述埚杆的顶部固定连接坩埚，所述旋转机构能够带动所述坩埚旋转，所述坩埚的埚口处设置有导流盖，所述导流盖上端设置有籽晶杆，所述籽晶杆的底端贯穿所述导流盖与所述坩埚相连通，通过温场控制流道将反应炉体形成不同梯度的温场，通过温场间隔环将反应炉体分隔成高温熔融区与低温结晶区，高温熔融区用于熔解原料，低温结晶区用于晶体提拉生长，并且温场的温度逐步增加，使得制备单晶体结晶速度更快、生长周期短、成品率高。成品率高。成品率高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置及方法
[0001]应用领域
[0002]本专利技术涉及磷化铟制备领域，特别是一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置及方法。

技术介绍

[0003]磷化铟是一种重要的化合物，具有直接跃迁型能带结构，同硅和砷化镓材料相比具有高的电光转换效率，高的电子迁移率，高的工作温度，以及强抗辐射能力的特点，因而在民用和军事领域的应用广泛。磷化铟晶体生长是一种液相转变为固相的过程，晶体生长过程中的温场条件直接影响晶体的热应力、电学均匀性、位错密度、晶片的几何参数。温场是指为了熔化材料，并保障单晶正常生长的温度环境，也叫热系统。如果温场设计不合理，就不能获得理想的温度场，不能形成适合的温度梯度，就不能获得单晶，或者获得的单晶质量差，位错密度高。设计合理的生长设备，精准而稳定的控制其温场，是生长高质量晶体的重要保障，因此本专利技术提供了一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置及方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术克服了现有技术的不足，提供了一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置及方法。
[0005]为达到上述目的本专利技术采用的技术方案为：一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置，包括反应炉体、温场控制组件以及冷热交换组件；
[0006]所述反应炉体底部设置有旋转机构，所述旋转机构上配合连接有埚杆，所述埚杆的顶部固定连接坩埚，所述旋转机构能够带动所述坩埚旋转；
[0007]所述坩埚的埚口处设置有导流盖，所述导流盖上端设置有籽晶杆，所述籽晶杆的底端贯穿所述导流盖与所述坩埚相连通，所述籽晶杆的顶端贯穿所述反应炉体的顶部伸出至反应炉体外部；
[0008]所述反应炉体为多层结构，由外至内分别包括炉壁、保温层、温场控制层，所述温场控制层内设置有温场间隔环以将所述反应炉体由上至下分隔成高温熔融区与低温结晶区，所述温场控制层的壁体内由上至下环绕设置有温场控制流道，且所述温场控制流道的间隔由上至下依次递减，以使得反应炉体形成不同的温度梯度场；
[0009]所述温场控制流道的进液口与所述冷热交换组件的输出端配合连接，所述温场控制流道的出液口与所述冷热交换组件的输入端配合连接。
[0010]进一步的，本专利技术的一个较佳实施例中，所述旋转机构包括底座，所述底座上开设有凹槽，所述凹槽的底部设置有第一电机，所述第一电机的输出端配合连接有旋转台，所述旋转台与所述埚杆配合连接。
[0011]进一步的，本专利技术的一个较佳实施例中，所述凹槽的内壁沿周向间隔设置有若干个光信号接收器，若干个所述光信号接收器信号互连，所述旋转台外壁上设置有激光发射头，所述激光发射头射出的激光沿旋转台的径向方向射出至所述光信号接收器上。
[0012]进一步的，本专利技术的一个较佳实施例中，所述导流盖为锥台结构，其上端直径小于下端直径，以使得所述导流盖的侧面形成锥形导流面，所述籽晶杆为中空结构。
[0013]进一步的，本专利技术的一个较佳实施例中，所述冷热交换组件包括冷热交换腔，所述冷热交换腔内设置有加热器，所述冷热交换腔上还设置有输入口与输出口，所述冷热交换腔的输出口与所述温场控制流道的进液口通过第一输液管配合连接，所述冷热交换腔的输入口与所述温场控制流道的出液口通过第二输液管配合连接，所述第一输液管上设置有第一抽液泵，所述第二输液管上设置有第二抽液泵。
[0014]进一步的，本专利技术的一个较佳实施例中，所述埚杆由上至下间隔设置有若干个第一传感器，若干个所述第一传感器对坩埚不同的位置进行温度测量，再对测得的温度数据进行拟合处理，以得到坩埚内的温度分布情况。
[0015]本专利技术第二方面提供了一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置的控制方法，应用于任一项所述的一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置，包括如下步骤：
[0016]通过第一传感器对坩埚不同区域的热辐射进行测量，得到多个热辐射信号对应的多个电信号；
[0017]对多个电信号进行处理，分别得到坩埚不同区域的温度值；
[0018]将得出的温度值进行拟合处理，得到坩埚内的温度梯度情况；
[0019]根据所述温度梯度情况，调节冷热交换组件的工作参数，以使得坩埚内的温度梯度保持在合适范围内。
[0020]进一步的，本专利技术的一个较佳实施例中，根据所述温度梯度情况，调节冷热交换组件的工作参数，具体为：
[0021]在第一预设时间内时，判断温度梯度是否位于第一预设温度梯度内，若位于，则冷热交换组件保持当前工作参数；若不位于，则调节冷热交换组件的工作参数；
[0022]在第二预设时间内，判断温度梯度是否位于第二预设温度梯度内，若位于，则冷热交换组件保持当前工作参数；若不位于，则调节冷热交换组件的工作参数；
[0023]在第三预设时间内，判断温度梯度是否位于第三预设温度梯度内，若位于，则冷热交换组件保持当前工作参数；若不位于，则调节冷热交换组件的工作参数。
[0024]进一步的，本专利技术的一个较佳实施例中，若不位于，则调节冷热交换组件的工作参数，具体为：
[0025]若温度梯度小于预设温度梯度，则加大加热器功率且降低第一抽液泵与第二抽液泵功率；
[0026]若温度梯度大于预设温度梯度，则通过减少加热器功率且增加第一抽液泵与第二抽液泵功率。
[0027]进一步的，本专利技术的一个较佳实施例中，通过第一传感器对坩埚不同区域的热辐射进行测量，得到多个热辐射信号对应的多个电信号，还包括：通过平衡电桥进行消除干扰的步骤，平衡电桥由第一热敏电阻、第二热敏电阻、第一固定电阻、第一可变电阻和直流电压源组成，其中第一热敏电阻与第二热敏电阻串联，再与串联的第一可变电阻、第一固定电阻并联，然后与直流电压源直接相连，平衡电桥的输出电压即是热辐射信号对应的电信号。
[0028]本专利技术公开的一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置及方法，通过温场控制流道将反应炉体形成不同梯度的温场，通过温场间隔环将反应炉体分隔成高温熔融区与
低温结晶区，高温熔融区用于熔解原料，低温结晶区用于晶体提拉生长，并且温场的温度逐步增加，使得制备单晶体结晶速度更快、生长周期短、成品率高；通过激光发射头与光信号接收器对坩埚进行测速，进而使得坩埚转速保持在预设的范围内，以提高晶体质量；通过冷热交换腔能够快速的调节反应炉体内的温度，控制过程简单，并且整个过程中离子液可以循环利用，大大节约了资源，提高了经济效益。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
[0030]图1为本装置的立体结构示意图；
[0031]图2为本装置的另一视角立体结构示意图；
[0032]图3为反应炉体的剖面示意图；
[0033]图4为反应炉体的内部结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置，包括反应炉体、温场控制组件以及冷热交换组件，其特征在于：所述反应炉体底部设置有旋转机构，所述旋转机构上配合连接有埚杆，所述埚杆的顶部固定连接坩埚，所述旋转机构能够带动所述坩埚旋转；所述坩埚的埚口处设置有导流盖，所述导流盖上端设置有籽晶杆，所述籽晶杆的底端贯穿所述导流盖与所述坩埚相连通，所述籽晶杆的顶端贯穿所述反应炉体的顶部伸出至反应炉体外部；所述反应炉体为多层结构，由外至内分别包括炉壁、保温层、温场控制层，所述温场控制层内设置有温场间隔环以将所述反应炉体由上至下分隔成高温熔融区与低温结晶区，所述温场控制层的壁体内由上至下环绕设置有温场控制流道，且所述温场控制流道的间隔由上至下依次递减，以使得反应炉体形成不同的温度梯度场；所述温场控制流道的进液口与所述冷热交换组件的输出端配合连接，所述温场控制流道的出液口与所述冷热交换组件的输入端配合连接。2.根据权利要求1所述的一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置，其特征在于：所述旋转机构包括底座，所述底座上开设有凹槽，所述凹槽的底部设置有第一电机，所述第一电机的输出端配合连接有旋转台，所述旋转台与所述埚杆配合连接。3.根据权利要求2所述的一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置，其特征在于：所述凹槽的内壁沿周向间隔设置有若干个光信号接收器，若干个所述光信号接收器信号互连，所述旋转台外壁上设置有激光发射头，所述激光发射头射出的激光沿旋转台的径向方向射出至所述光信号接收器上。4.根据权利要求1所述的一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置，其特征在于：所述导流盖为锥台结构，其上端直径小于下端直径，以使得所述导流盖的侧面形成锥形导流面，所述籽晶杆为中空结构。5.根据权利要求1所述的一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置，其特征在于：所述冷热交换组件包括冷热交换腔，所述冷热交换腔内设置有加热器，所述冷热交换腔上还设置有输入口与输出口，所述冷热交换腔的输出口与所述温场控制流道的进液口通过第一输液管配合连接，所述冷热交换腔的输入口与所述温场控制流道的出液口通过第二输液管配合连接，所述第一输液管上设置有第一抽液泵，所述第二输液管上设置有第二抽液泵。6.根据权利要求1所述的一种用于磷化铟晶体生产工艺中温场控制装置，其特征在于：所述埚杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘功寰，
申请(专利权)人：苏州中砥半导体材料有限公司，
类型：发明
国别省市：