一种小坩埚生长大晶体的多坩埚持续补料生长系统技术方案

本使用新新涉及一种小坩埚生长大晶体的多坩埚持续补料生长系统，包括圆柱形的生长坩埚、补料坩埚和化料坩埚，补料坩埚和化料坩埚内均设置有可升降的热电偶和搅拌器，生长坩埚、补料坩埚和化料坩埚外部均设置有加热装置，补料坩埚与生长坩埚之间连接有两个连通管Ⅰ，补料坩埚底部与化料坩埚底部之间以及补料坩埚上部与化料坩埚上部之间均连接有连通管Ⅱ，化料坩埚上方设置有多晶料槽，多晶料槽与化料坩埚之间连接有输料管。生长坩埚尺寸更小，有利于固液界面的控制，保证了各部分熔体相互循环流通，又相对稳定独立。又相对稳定独立。又相对稳定独立。

【技术实现步骤摘要】
一种小坩埚生长大晶体的多坩埚持续补料生长系统


[0001]本技术涉及一种小坩埚生长大晶体的多坩埚持续补料生长系统。

技术介绍

[0002]基于铌酸锂单晶薄膜的新型光调制器、薄膜滤波器，以及光集成和光电集成器件，将是下一代通信技术的关键器件，将大规模应用于5G通讯系统中，也成了国际通信技术研究和开发的重点。集成光电子器件必然是未来光电子信息器件的发展趋势，全球有万亿级市场。铌酸锂薄膜是从铌酸锂晶圆上剥离，依赖于铌酸锂晶圆与硅基半导体键合技术；另一方面集成光路微结构加工依赖于CMOS工艺技术。而目前半导体主流产线设计为8
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12英寸晶圆，然而，目前市场上的铌酸锂晶体以3
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4英寸为主，8
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12英寸的铌酸锂晶体生长技术仍然不成熟。所以超大尺寸的铌酸锂晶体是集成光电子器件大规模量产最亟需的战略晶体材料。
[0003]目前超大尺寸的铌酸锂晶体主要采用提拉法(Czochralski)进行制备。但存在一下几个问题。第一，生产成本高；以生长8英寸铌酸锂晶体为例，生长所需要的铂金坩埚直径约300mm，坩埚高度不低于150mm，坩埚体积约10升，铂金重量超过5.2kg，价值约130万元，即使这样所制备的晶体体积也有限，能够利用的等径高度较少。第二，由于铌酸锂熔体的粘度很大，坩埚中熔体对流相对缓慢，且生长超大尺寸的铌酸锂单晶所用的坩埚尺寸巨大，因此涡流复杂，并且坩埚中心区域温度滞后严重，因此晶体生长中的传热和传质过程周期长且复杂，导致晶体生长的固液界面较难控制，或凹界面生长，易晶体失重，生长中断，或严重凸界面生长，造成触底顶锅。

技术实现思路

[0004]为解决以上技术上的不足，本技术提供了一种小坩埚生长大晶体的多坩埚持续补料生长系统。
[0005]本技术是通过以下措施实现的：
[0006]一种小坩埚生长大晶体的多坩埚持续补料生长系统，包括圆柱形的生长坩埚、补料坩埚和化料坩埚，所述补料坩埚和化料坩埚内均设置有可升降的热电偶和搅拌器，生长坩埚、补料坩埚和化料坩埚外部均设置有加热装置，补料坩埚与生长坩埚之间连接有两个连通管Ⅰ，且两个连通管Ⅰ分别沿补料坩埚和生长坩埚的两个共同的外公切线延伸，所述补料坩埚底部与化料坩埚底部之间以及补料坩埚上部与化料坩埚上部之间均连接有连通管Ⅱ，所述补料坩埚下方设置有下称重装置，所述生长坩埚上方设置有上称重装置，所述化料坩埚上方设置有多晶料槽，所述多晶料槽与化料坩埚之间连接有输料管，所述输料管上设置有蠕动泵。
[0007]上述补料坩埚和化料坩埚内的搅拌器的叶片水平设置，且叶片的横向侧边向下弯曲，两个连通管Ⅱ上下并排设置。
[0008]上述生长坩埚周围设置多个补料坩埚，且每个补料坩埚与生长坩埚之间均设置有
两个连通管Ⅱ，下称重装置和蠕动泵均信号连接有控制器。
[0009]所述生长坩埚直径220
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260mm，高度30
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5mm，重量为2
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3kg，补料坩埚直径70
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90mm，高度40
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60mm，重量为0.2
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0.4kg，化料坩埚直径140
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160mm，高度140
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160mm，重量为1
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3kg。
[0010]补料坩埚和化料坩埚内的热电偶为铂铑合金热电偶，补料坩埚和化料坩埚内的搅拌器为铂金搅拌器。
[0011]一种利用小坩埚生长大晶体的多坩埚持续补料生长系统的晶体生产方法，包括以下步骤：
[0012]步骤1，设定生长坩埚的直径尺寸比预生长晶体尺寸大50mm，生长坩埚高度控制在固液界面范围内，并将生长坩埚、补料坩埚、化料坩埚、多晶料槽装配在一起；
[0013]步骤2，多晶料槽通过输料管直接将多晶料加到化料坩埚中，化料坩埚用以将多晶料熔化，熔化后的多晶料通过连通管Ⅱ输送到补料坩埚，然后再从补料坩埚经连通管Ⅰ输送到生长坩埚，利用连通器原理，保持补料坩埚内物料液面和生长坩埚内物料液面相持平以用于向生长坩埚内补料，并实时控制化料坩埚输送至补料坩埚内的物料量满足生长坩埚内晶体生长所需；
[0014]步骤3，通过对生长坩埚的精准控温保证晶体生长。
[0015]补料坩埚中采用铂金材质的搅拌器和铂铑合金热电偶，搅拌器逆时针搅拌物料使其从补料坩埚向生长坩埚流动，并控制物料温度高于熔点0
‑
5℃。
[0016]化料坩埚中采用铂金材质的搅拌器和铂铑合金热电偶，控制化料温度高于熔点15
‑
20℃。
[0017]本技术的有益效果是：本专利中贵金属铂金的使用总计不超过3.6kg，相较于传统提拉法生长所用的铂金成本减小了1/3；生长坩埚尺寸更小，有利于固液界面的控制，保证超大尺寸铌酸锂晶体的品质；利用多个独立的小坩埚，将连续加料过程、化料过程、补料过程与生长过程相对独立进行，保证了各部分熔体相互循环流通，又相对稳定独立。
附图说明
[0018]图1为本技术的整体结构示意图。
[0019]图2为本技术的俯视结构示意图。
[0020]图3为本技术的局部结构示意图。
[0021]其中：1生长坩埚、2补料坩埚、3化料坩埚、4蠕动泵、5多晶料槽、6搅拌器、7热电偶、8下称重装置、9上称重装置、10连通管Ⅰ、11连通管Ⅱ。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本技术做进一步详细的描述：
[0023]如图1、2、3所示，一种小坩埚生长大晶体的多坩埚持续补料生长系统，包括圆柱形的生长坩埚1、补料坩埚2和化料坩埚3，补料坩埚2和化料坩埚3内均设置有可升降的热电偶7和搅拌器6，生长坩埚1下部设置有加热装置，补料坩埚2与生长坩埚1之间连接有两个连通管Ⅰ10，且两个连通管Ⅰ10分别沿补料坩埚2和生长坩埚1的两个共同的外公切线延伸，补料坩埚2底部与化料坩埚3底部之间以及补料坩埚2上部与化料坩埚3上部之间均连接有连通管Ⅱ11，补料坩埚2下方设置有下称重装置8，生长坩埚1上方设置有上称重装置9，化料坩埚
3上方设置有多晶料槽5，多晶料槽5与化料坩埚3之间连接有输料管，所述输料管上设置有蠕动泵4。补料坩埚2和化料坩埚3内的搅拌器6的叶片水平设置，且叶片的横向侧边向下弯曲，两个连通管Ⅱ11上下并排设置。生长坩埚1周围设置多个补料坩埚2，且每个补料坩埚2与生长坩埚1之间均设置有两个连通管Ⅱ11，下称重装置8和蠕动泵4均信号连接有控制器。生长坩埚1直径250mm，高度40mm，重量为2.2kg，补料坩埚2直径80mm，高度50mm，重量为0.35kg，化料坩埚3直径150mm，高度150mm，重量为1.1kg。
[0024]一种利用小坩埚生长大晶体的多坩埚持续补料生长系统的晶体生产方法，包括以下步骤：步骤1，设定生长坩埚1的直径尺寸比预生长晶体尺寸大50mm，生长坩埚1高度控制在固液界面范围内，并将生长坩埚1、补本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小坩埚生长大晶体的多坩埚持续补料生长系统，其特征在于：包括圆柱形的生长坩埚、补料坩埚和化料坩埚，所述补料坩埚和化料坩埚内均设置有可升降的热电偶和搅拌器，生长坩埚、补料坩埚和化料坩埚外部均设置有加热装置，补料坩埚与生长坩埚之间连接有两个连通管Ⅰ，且两个连通管Ⅰ分别沿补料坩埚和生长坩埚的两个共同的外公切线延伸，所述补料坩埚底部与化料坩埚底部之间以及补料坩埚上部与化料坩埚上部之间均连接有连通管Ⅱ，所述补料坩埚下方设置有下称重装置，所述生长坩埚上方设置有上称重装置，所述化料坩埚上方设置有多晶料槽，所述多晶料槽与化料坩埚之间连接有输料管，所述输料管上设置有蠕动泵。2.根据权利要求1所述小坩埚生长大晶体的多坩埚持续补料生长系统，其特征在于：所述补料坩埚和化料坩埚内的搅拌器的叶片水平设置，且叶片的横向侧边向下弯曲，两个连通管Ⅱ上下并排设置。3.根据权利要求1所述小坩埚生长大晶体的多坩埚持续补料生长系统，其特征在于：所述生长坩埚周...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑元华，王孚雷，王东周，秦怀泽，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：