一种单晶籽晶夹持结构

本实用新型涉及氧化镓晶体生长设备技术领域，具体涉及一种单晶籽晶夹持结构。

背景技术：

氧化镓材料是新一代的超宽禁带半导体材料，与近年来已实现大规模产业化的宽禁带半导体材料碳化硅、氮化镓相比，具有更大的带隙、更高的击穿场强、更低的能耗等特点，在高压高功率半导体器件领域有重大的应用价值。

此外，氧化镓单晶是为数不多可以采用熔体法生长的半导体材料，有望低成本大规模量产。目前，最常用生长体块氧化镓单晶的熔体法是提拉法和导模法，其原理都是先将氧化镓原料加热熔化形成熔体，再利用单晶籽晶接触熔体表面向上提拉，使熔体沿着单晶籽晶的晶向凝固形成大块单晶。

单晶籽晶是氧化镓提拉法和导模法生长的关键因素之一，对于获得晶体品质有很大的影响，因此籽晶固定的稳定性十分重要。氧化镓晶体硬度大且存在解理面，加工时非常容易开裂破碎。

目前多数固定籽晶的方式是在籽晶上刻槽，使用金属丝将籽晶捆绑在硬轴籽晶杆上；或者在籽晶上打通孔，利用金属插销使籽晶固定在硬轴籽晶杆上。这些硬轴籽晶固定方式一方面容易造成籽晶与坩埚、保温材料不同心，使得晶体在生长过程中发生偏离；另一方面籽晶打孔和刻槽与籽晶夹头接触面小，容易产生较大的应力，导致晶体有可能在生长过程中发生断裂，造成晶体生长的失败。

因此，设计一种合适的籽晶夹持结构来固定氧化镓籽晶具有重要的意义。

技术实现要素：

为了克服现有籽晶固定技术存在的不稳定，易断裂，生长晶体质量不高等问题，本实用新型提供了一种单晶籽晶夹持结构，结构简单，安装拆卸方便，能有效固定籽晶，不仅利于保持籽晶在坩埚及保温材料中心，还能做到安装及取出籽晶方便的特点，尤其涉及用于提拉法和泡生法。

一种单晶籽晶夹持结构，包括：

籽晶杆；

t型籽晶；

销子，用于固定所述t型籽晶；

籽晶夹持装置，顶部与所述籽晶杆底部连接，底部设有供所述t型籽晶的t型端自下而上插入的避让孔，所述避让孔顶部设有与所述t型籽晶的t型端相配合的卡槽，所述卡槽与所述避让孔连通且相交形成夹角，所述卡槽上方设有供所述t型籽晶的t型端旋转的腔室，所述腔室与所述避让孔、卡槽均连通；所述籽晶夹持装置位于所述卡槽顶端还设有与所述销子相配合、供所述销子插入的插销孔。

使用时，籽晶杆的顶部可固定在提拉装置上，将t型籽晶的t型端通过避让孔自下而上插入籽晶夹持装置直到t型端位于腔室内，旋转t型籽晶使t型端与卡槽对应并嵌入卡槽内，将销子插入插销孔，销子底部压紧卡槽内的t型端从而固定t型籽晶。

晶体生长完毕后，取出销子，将t型籽晶连同生长的晶体向上提拉或顶推使t型端离开卡槽进入腔室，然后旋转t型籽晶使t型端与避让孔对应，向下移动t型籽晶即可完整地取出t型籽晶和生长的晶体。

作为优选，所述籽晶夹持装置顶部开口且与所述腔室连通，所述籽晶杆底部伸入所述开口并内接于所述籽晶夹持装置。

作为优选，所述籽晶夹持装置顶部与所述籽晶杆底部螺纹连接。

作为优选，所述卡槽与所述避让孔垂直设置，更为稳固。

作为优选，所述籽晶杆上端固定于软轴钢丝绳上。采用软轴钢丝绳作为提拉方式，利用籽晶杆、籽晶夹持装置以及籽晶的重量可以快速使籽晶尾端对齐在坩埚圆心，避免硬轴提拉杆需要在准备过程中长时间调整籽晶位置，以及在生长过程中籽晶尾端画圆影响晶体生长的问题。

作为优选，所述t型籽晶的另一端为圆柱状或多边形柱状，可由整体切割加工获得。

作为优选，所述插销孔为通孔，贯穿所述腔室，且平行于所述卡槽，销子插入后可更好地固定t型籽晶。

作为优选，所述籽晶杆主体为空心圆管结构。

作为优选，所述籽晶夹持装置外形为圆柱形。

作为优选，所述籽晶杆、籽晶夹持装置和销子的材料为铱金。

本实用新型与现有技术相比，主要优点包括：

一、结构简单新颖，生长晶体前安装方便，生长完晶体后具备容易从夹持装置中取出籽晶的优点，不用切割籽晶或者拆卸籽晶夹持装置。

二、采用软轴钢丝绳作为提拉方式，利用籽晶杆、籽晶夹持装置以及籽晶的重量可以快速使籽晶尾端对齐在坩埚圆心，避免硬轴提拉杆需要在准备过程中长时间调整籽晶位置，以及在生长过程中籽晶尾端画圆影响晶体生长的问题。

三、籽晶通过t型部分与籽晶夹持装置卡槽形成面接触，受力比较均匀，能够有效避免籽晶断裂的问题。而且通过销子在籽晶夹持装置中穿过，进一步使籽晶固定，避免籽晶摇晃的问题。

附图说明

图1为实施例单晶籽晶夹持结构的整体结构示意图；

图2为实施例单晶籽晶夹持结构中籽晶杆的结构示意图；

图3a、3b为实施例单晶籽晶夹持结构中籽晶夹持装置的仰视结构示意图和a-a剖面结构示意图；

图4为实施例单晶籽晶夹持结构中销子的结构示意图；

图5位实施例单晶籽晶夹持结构中t型籽晶的结构示意图；

图中：1-籽晶杆，11-籽晶杆上端，12-籽晶杆底部，2-籽晶夹持装置，21-腔室，22-插销孔，23-卡槽，24-避让孔，3-销子，4-t型籽晶，41-t型端，42-t型籽晶下端。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

如图1～5所示，本实施例的单晶籽晶夹持结构，是一种氧化镓单晶籽晶夹持结构，包括籽晶杆1、t型籽晶4、销子3和籽晶夹持装置2。籽晶杆1、籽晶夹持装置2和销子3的材料为铱金。

如图2所示，籽晶杆1主体为空心圆管结构，上端11通过插销连接在软轴钢丝绳上。采用软轴钢丝绳作为提拉方式，利用籽晶杆、籽晶夹持装置以及籽晶的重量可以快速使籽晶尾端对齐在坩埚圆心，避免硬轴提拉杆需要在准备过程中长时间调整籽晶位置，以及在生长过程中籽晶尾端画圆影响晶体生长的问题。由于氧化镓的熔点高达1820℃，保温材料内的温度依然很高，因此留有一段较长的铱金籽晶杆可伸入保温材料，避免钢丝绳受高温影响熔化。籽晶杆下端12为螺纹结构，与籽晶夹持装置2可以紧密连接，避免在晶体生长过程中发生零件脱落的问题。

如图3a、3b所示，籽晶夹持装置2外形为圆柱形，底部设有供t型籽晶4的t型端41自下而上插入的避让孔24，避让孔24顶部设有与t型籽晶4的t型端41相配合的卡槽23，卡槽23与避让孔24连通且互相垂直，卡槽23上方设有供t型籽晶4的t型端41旋转的腔室21，腔室21与避让孔24、卡槽23均连通；籽晶夹持装置2顶部开口且与腔室21连通，籽晶杆底部12伸入所述开口并螺纹内接于籽晶夹持装置2。籽晶夹持装置2中部位于卡槽23顶端还设有与销子3相配合、供销子3插入的插销孔22。插销孔22为通孔，贯穿腔室21，且平行于卡槽23。

如图4所示，销子3为圆柱状，直径和长度与籽晶夹持装置2中插销孔22相匹配。

如图5所示，t型籽晶4为氧化镓单晶，利用线切割机切割成头部为t型端41，下端42为四棱柱结构。

上述单晶籽晶夹持结构使用时，籽晶杆1的顶部固定在软轴钢丝绳上，将t型籽晶4的t型端41通过避让孔24自下而上插入籽晶夹持装置2直到t型端41位于腔室21内，旋转t型籽晶490°使t型端41与卡槽23对应，放下t型籽晶4，使t型端41嵌入卡槽23内，将销子3插入插销孔22，销子3底部压紧卡槽23内的t型端41从而固定t型籽晶4。t型籽晶4不能向上运动，由于t型端41与卡槽23尺寸相匹配，可以保证t型籽晶4牢牢固定在卡槽23中。当籽晶杆1转动提拉的时候，t型籽晶4不会出现摇晃的现象。

晶体生长完毕，炉内完全冷却后，本实施例的单晶籽晶夹持结构可以较方便地取出晶体。先取出销子3，将t型籽晶4连同生长的晶体向上提拉或顶推使t型端41离开卡槽23进入腔室21，然后旋转t型籽晶490°使t型端41与避让孔24对应，向下移动t型籽晶4即可完整地取出t型籽晶4和生长的晶体。

此外应理解，在阅读了本实用新型的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。