一种用于消除晶锭内应力的装置的制作方法

本申请属于晶锭处理装置技术领域，具体涉及一种用于消除晶锭内应力的装置。

背景技术：

在利用物理气相传输(pvt)法制备碳化硅晶锭时，由于长晶温度、压力等相关参数设定的差异性，以及长晶过程中产生的非人为变化，往往会导致晶体内的分子取向发生变化，进而导致了晶体内部应力的出现。而当内应力达到极限时，晶体便会出现开裂现象，给后续的机械加工造成很大的障碍。

目前消除碳化硅晶锭内应力的方法是通过在长晶完成后控制生长炉室中的温度缓慢下降实现晶锭的退火，或待晶锭出炉后进行二次退火。然而，采用退火处理的方法不仅耗时长，能耗大，并且对应力的消除效果也有限。

现有技术中提供了一些消除内应力的其他方法，例如，专利cn103290482a提供了一种去除大直径碳化硅单晶应力的方法，该方法将碳化硅晶体置于空气、水或碳化硅粉末中使用频率大于20khz的超声波进行超声处理，然而，这种直接使用如此大频率的超声波处理的方式容易造成晶锭开裂。此外，在机械领域多采用振动时效设备对一些大型金属构件进行振动消除应力，但在实践中发现直接使用现有的振动时效设备对碳化硅晶锭进行处理，周期较长，消除效果也不理想，并且由于碳化硅晶锭相比于大型的金属构件体积小质量轻，因此振动时易发生移动，操作起来十分不便。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本申请提供了一种操作简单、能够快速消除晶锭的内应力，且消除效果显著，同时不会造成晶锭开裂的装置，该装置包括：

振动台，所述振动台上设置有低频振动区和超声振动区，所述低频振动区的振动频率小于500hz，所述超声振动区的振动频率大于20khz，所述晶锭依次在所述低频振动区和所述超声振动区进行振动处理。

可以理解的是，所述低频振动区采用的是低频振动时效处理，所述超声振动区采用超声振动时效处理。而本申请提供的晶锭内应力消除装置，使得晶锭在进行超声波处理之前先通过具有较低频率范围的低频振动区进行低频振动时效处理，而低频共振时效处理在起到释放晶锭内部分残存应力的同时，更重要的是还能使残存于晶锭内部的应力得到均化，以减少晶锭内应力较大的点位或减轻该点位处的应力，相当于对晶锭进行预处理，相较于直接用超声波处理的方式，可以有效防止因晶锭内部存在应力较大点位而造成的晶锭开裂。与此同时，本申请所述装置中超声振动区的设置，使得装置起到了超声波振动时效显著的消除内应力的效果，特别是在经低频振动区进行了预处理和内应力均化后，超声振动处理的效果得到了进一步提高。

进一步地，所述低频振动区包括第一振动垫块，所述超声振动区包括具有超声波发生器的超声波水浴槽，所述超声波水浴槽底部设有第二振动垫块，所述第一振动垫块和所述第二振动垫块分别与振动发生器连接。

进一步地，所述振动发生器是激振器。

可以理解的是，第一振动垫块和第二振动垫块被构造成可以用于承载和振动晶锭，并且在使用时具有可控制或调节的振动频率。

其中，具有上述设置的装置可以通过振动垫块实现对晶锭进行低频振动时效处理，以及通过超声波发生器对放置于超声波水浴槽的晶锭进行超声振动时效处理。而在超声波水浴槽内设置第二振动垫块，使得晶锭内应力同时在被均化过程中被超声消除，进一步提高内应力的消除效果。

可选的，所述超声波水浴槽中的水量不低于水浴槽容积的三分之二。

在一种实施方式中，所述振动发生器采用激振器。在另一种实施方式中，还可以设置振动控制器和位于振动垫块处的振动传感器，以便于对激振器的开启或关闭以及振动频率进行控制。

进一步地，所述第二振动垫块的振动频率大于所述第一振动垫块。

由于第二垫块位于超声波水浴槽内，在水介质的环境下振动波会被少部分吸收，如此设置以保证第二振动垫块能够起到协助均化内应力的效果。优选的，所述第二振动垫块的振动频率至少大于所述第一振动垫块1000hz。

进一步地，所述第一振动垫块的振动频率是50-400hz，所述第二振动垫块的振动频率是1400-3200hz。

进一步地，所述第一振动垫块和所述第二振动垫块的表面分别设有晶锭卡槽，所述晶锭卡槽的槽内壁设有弹性垫。

在一种实施方式中，晶锭卡槽可直接设置在振动垫块的表面；在另一种实施方式中，振动垫块的上表面设有载物台，晶锭卡槽设置在该载物台处。

如此设置可有利于晶锭在振动垫块表面的固定，更便于操作，此外将晶锭固定还能减少晶锭表面的振动，使得振动更集中于晶锭内部，协助针对内应力振动；同时卡槽内的弹性垫还可以对晶锭起到保护作用，防止晶锭被磕碰损坏。

可选的，所述弹性垫的材质可以是橡胶、硅胶或乳胶。

进一步地，还包括与所述振动发生器连接的控制主机，所述控制主机上设有用于显示第一振动垫块和/或第二振动垫块的振动频率的显示屏。

进一步地，所述装置还包括风干区，所述风干区包括晶锭放置架和风发生器，所述风发生器的风口朝向所述晶锭放置架。

其中，风干区可以用于在晶锭结束水浴超声后对其进行风干处理。优选的，所述风发生器为热风发生器，例如采用电热丝和鼓风机。

进一步地，所述装置还包括固定组件，所述固定组件包括固定杆，所述固定杆可升降，以在固定晶锭时与晶锭表面抵接。

优选的，所述固定杆用于与晶锭抵接的一端也包覆有弹性垫。

进一步地，所述晶锭是碳化硅晶锭。

优选的，所述碳化硅晶锭的重量至少为100克。

进一步地，所述晶锭是碳化硅晶锭，所述第一振动垫块的振动频率是50-400hz；所述第二振动垫块的振动频率是1400-3200hz。

进一步地，所述第一振动垫块和所述第二振动垫块的振动处理时间均为3-30min。

进一步地，所述第一振动垫块对碳化硅晶锭的振动处理过程包括：先在50-400hz下振动处理10-20min，再以增加20-40hz的频率振动处理3-8min；所述第二振动垫块对碳化硅晶锭的振动处理过程包括：先在1400-3200hz下振动处理10-20min，再以增加200-300hz的频率振动处理3-8min。

进一步地，所述碳化硅晶锭在使用第二振动垫块进行振动处理的同时，还使用超声振动处理。

在优选的实施方式中，还可以根据待处理碳化硅晶锭的重量调节第一振动垫块和第二振动垫块的振动频率。

本申请能产生的有益效果包括但不限于：

本申请提供的用于消除晶锭内应力的装置，使得晶锭依次经过低频共振时效处理和超声波处理，其中低频共振时效处理在起到释放晶锭内部分残存应力的同时，还能使残存于晶锭内部的应力得到均化，以减少晶锭内应力较大的点位或减轻该点位处的应力，有效防止因晶锭内部存在应力较大点位而造成的晶锭开裂，降低损失。与现有技术相比，本申请提供的装置操作简单，处理快速，并能够显著提升碳化硅晶锭内应力的消除效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为一种消除晶锭内应力的装置结构示意图；

图中：1、固定杆挡块；2、固定杆；3、锁紧螺杆；4、弹性片；5、旋转转轴；6、升降杆；7、超声波水浴槽；8、超声波发生器；9、振动台；10、晶锭卡槽一；11、第一振动垫块；12、晶锭卡槽二；13、第二振动垫块；14、控制主机；15、开关；16、显示器；17、电源；18、橡胶垫；19、电热丝；20、出风口；21、晶锭放置架；22、晶锭；23、激振器。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本申请的实施例提供了一种用于消除晶锭内应力的装置，该装置操作简单，能够快速消除晶锭的内应力，且消除效果显著，同时不会造成晶锭开裂，特别适用于碳化硅晶锭。

如图1所示，该装置包括：一个振动台9和一个控制通电的电源17。在如图1所示的实施例中，振动台9是一个用于承载各部件的支撑桌，并且具有四个支撑桌腿，支撑桌腿底部可以包有橡胶垫18，以防止倾倒，在其他实施方式中，也可以是滑轮，以方便振动台9的移动。

其中，振动台9上设置有低频振动区和超声振动区，低频振动区的振动频率小于500hz，超声振动区的振动频率大于20khz，晶锭22依次在第一振动区和第二振动区进行振动处理。如图1所示，在低频振动区处设置有第一振动垫块11，在超声振动区处，设置有具有超声波发生器8的超声波水浴槽7，并且，超声波水浴槽7内的底部设有第二振动垫块13，第一振动垫块11和第二振动垫块13分别与振动发生器连接。可以理解的是，第一振动垫块11和第二振动垫块13被构造成可以用于承载和振动晶锭22，并且在使用时能够具有一定的振动频率。

可以理解的是，在上述实施例提供的装置中，低频振动区采用的是低频振动时效处理，超声振动区采用超声振动时效处理。而上述晶锭内应力消除装置，使得晶锭在进行超声波处理之前先通过具有较低频率范围的低频振动区进行低频振动时效处理，而低频共振时效处理在起到释放晶锭内部分残存应力的同时，更重要的是还能使残存于晶锭内部的应力得到均化，以减少晶锭内应力较大的点位或减轻该点位处的应力，相当于对晶锭进行预处理，相较于直接用超声波处理的方式，可以有效防止因晶锭内部存在应力较大点位而造成的晶锭开裂。与此同时，本申请所述装置中超声振动区的设置，使得装置起到了超声波振动时效显著的消除内应力的效果，特别是在经低频振动区进行了预处理和内应力均化后，超声振动处理的效果得到了进一步提高。

在如图1所示的实施例中，第一振动垫块11和第二振动垫块13的表面被构造成可用于承载晶锭。例如，第一振动垫块11的上表面设有晶锭卡槽一10，第二振动垫块13的上表面设有晶锭卡槽二12；或者，每个振动垫块上方设有设有载物台，晶锭卡槽设置在该载物台处；又或者，第一振动垫块11和第二振动垫块13可以分别安装在振动台9桌板处的下侧，而晶锭卡槽一10和晶锭卡槽二12分别设置在振动台9桌板处分别与第一振动垫块11和第二振动垫块12对应的上侧。

振动发生器采用激振器23，并且激振器23分别与第一振动垫块11和第二振动垫块13连接，同时在每个振动垫块上还可以附着有振动传感器，并将振动的频率传输到控制主机14，以便于对激振器23的开启或关闭以及振动频率进行控制，同时激振器23也连接控制主机14，并通过控制主机14对振动的产生停止进行控制。

优选的，第一振动垫块11和第二振动垫块13的表面均设有晶锭卡槽，晶锭卡槽的槽内壁设有弹性垫。如此设置可有利于晶锭在振动垫块表面的固定，更便于操作，此外将晶锭固定还能减少晶锭表面的振动，使得振动更集中于晶锭内部，协助针对内应力振动；同时卡槽内的弹性垫还可以对晶锭起到保护作用，防止晶锭被磕碰损坏。

可选的，弹性垫的材质可以是橡胶、硅胶或乳胶。

其中，具有上述设置的装置可以通过振动垫块实现对晶锭进行低频振动时效处理，以及通过超声波发生器8对放置于超声波水浴槽7的晶锭进行超声振动时效处理。而在超声波水浴槽7内设置第二振动垫块13，使得晶锭内应力同时在被均化过程中被超声消除，进一步提高内应力的消除效果。

在一种实施方式中，在卡槽一10和卡槽二12的槽内壁还可以设置弹性垫，以对晶锭起到保护作用。在一种实施方式中，控制主机14可以采用现有技术提供的多功能控制设备，如图1所示，其上可以带有显示屏16和多个开关15。

其中，超声波水浴槽7内安装有现有的超声发生器，例如压电陶瓷换能器，其主要为压电陶瓷材料，在两个压电陶瓷换能器上安装两个正负电极板，对其施加一个正弦交变电流，压电材料就会有正弦变化的长度伸缩形成向外发射的超声波。

其中，由于第二振动垫块13位于超声波水浴槽7内，在水介质的环境下振动波会被少部分吸收，如此设置以保证第二振动垫块13能够起到协助均化内应力的效果。优选的，超声波水浴槽7中的水量不低于水浴槽容积的三分之二。

在优选的实施方式中，为了保证水浴槽内的振动效果，第二振动垫块13的振动频率大于第一振动垫块11。更优选的，第二振动垫块13的振动频率至少大于第一振动垫块11的振动频率1000hz。

如图1所示，该装置还包括风干区，该风干区包括晶锭放置架21和风发生器，风发生器的出风口20朝向晶锭放置架21。其中，风干区可以用于在晶锭22结束水浴超声后对其进行风干处理。优选的，风发生器为热风发生器，例如采用电热丝19和鼓风机。

继续参阅图1，该装置还包括固定组件，该固定组件包括固定杆2，并且固定杆2可升降，以在固定晶锭时与晶锭表面抵接，防止晶锭22因振动而偏离振动区域。优选的，固定杆2用于与晶锭抵接的一端也包覆有弹性片4，弹性片4的材质也可以采用橡胶、硅胶、乳胶等，以对晶锭22进一步保护。如图1所示，该固定组件还包括通过锁紧螺杆3锁紧固定固定杆2的、可以360°水平旋转的旋转转轴5，以及用于控制升降的升降杆6，具体的，固定杆2的高度位置和水平位置的调整操作可以类似于现有技术中的铁架台。

在优选的实施方式中，晶锭22是碳化硅晶锭。更优选的，碳化硅晶锭的重量至少为100克。并且，当晶锭22是碳化硅晶锭时，第一振动垫块11的振动频率是50-400hz，振动处理时间为3-30min；第二振动垫块13的振动频率是1400-3200hz，振动处理时间为3-30min。在优选的实施方式中，还可以根据待处理碳化硅晶锭的重量调节第一振动垫块11和第二振动垫块13的振动频率。

在一种实施方式中，第一振动垫块11对碳化硅晶锭的振动处理过程包括：先在50-400hz下振动处理10-20min，再以增加20-40hz的频率振动处理3-8min；第二振动垫块13对碳化硅晶锭的振动处理过程包括：先在1400-3200hz下振动处理10-20min，再以增加200-300hz的频率振动处理3-8min。

在一种实施方式中，上述装置的使用方法如下：

将晶锭22先固定在第一振动垫块11处，并用固定杆2固定，通过控制主机14控制激振器23，使得第一振动垫块11对晶锭22进行振动处理。在第一垫块11处的振动处理结束后，再将晶锭22置于超声波水浴槽7中的第二垫块13处，用固定杆2固定，并同时进行超声和振动处理，最后将晶锭22置于风干区的晶锭放置架21上，对其进行风干处理。

本申请的实施例还提供了对各质量区间内的碳化硅晶锭进行内应力消除时，上述第一振动垫块11和第二振动垫块13的振动频率控制参数，具体如下：

第一振动垫块11:

第二振动垫块13：

其中，超声波时效处理的频率为20khz-30khz。

任意选取两百块等质量的碳化硅晶锭，使用上述实施例提供的装置进行内应力消除处理，并进行计算分析比对；

组一为随机取样后的100块碳化硅晶锭，未使用上述装置进行内应力消除处理，加工切片后开裂数目为14块，计算开裂率得：x1＝14/100＝14％。

组二为随机取样后的100块碳化硅晶锭，在使用上述装置进行内应力消除处理后，进行加工切片，开裂数目为1块，计算开裂率得：x2＝1/100＝1％。

两组实验均是随机取样，在排除掉人工切割出现失误的误差下进行的，人工失误导致开裂晶体均不计算当中，重新随机取样，进行实验。经计算发现，晶体的开裂率明显下降按产品售价计算损失为14块开裂损失大约在140w左右，1块在10w左右，同比经济损失可以发现，振动装置处理后的晶体开裂率明显下降，大大降低了利润损耗，提高企业收益率。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。