一种用于提拉法晶体生长的下晶方法和自动下晶设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及提拉法晶体生长领域，尤其涉及一种用于提拉法晶体生长的下晶方法和自动下晶设备。
【背景技术】
[0002]下晶操作是晶体生长过程中决定品质的关键步骤。现有技术中，用于提拉法生长晶体的设备主要为人工手摇下晶方式和自动下晶功能设备。手动下晶的主要缺陷是，容易造成籽晶尖端位错积累，甚至籽晶开裂。而自动下晶设备，利用电机均匀缓慢下移籽晶完成下晶操作。但是，虽然解决了运行过程中籽晶温度变化过快的问题，但仍无法判断下晶是否成功。下晶是否成功，以及籽晶在熔体中微弱的变化情况的判断，在行业内全部采用观察“籽晶光圈”的方法。这一方法的主要缺点就是，高度依靠人工经验，不同下晶工程师的观察可能得到完全不同的判断结果。而且，在熔点较低的晶体中，光圈不明显甚至难以发现，这就完全失去了判断籽晶变化的依据。
[0003]并且，当判定下晶成功后，就开始进入“缩颈阶段”，这一阶段的持续时间较短(0.5-2小时)也常被定义为下晶过程的一部分。而现有的操作，依据人眼所观察到的籽晶“光圈”变化情况提拉籽晶，或者采用固定的缩颈方法，忽略籽晶变化情况，规定一套不变的缩颈流程。这就完全失去了缩颈操作的意义，往往导致“放肩”时间过长，或者完全没有达到消除生长界面位错目的。
[0004]因而，现有技术中的下晶操作，完全依靠人工经验，采用观察“籽晶光圈”的方法，无法从根本上解决如何判断下晶成功或失败问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术中的缺点和不足，提供一种用于提拉法晶体生长的下晶方法。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:一种用于提拉法晶体生长的下晶方法，包括以下步骤:
[0007](I)对坩祸加热，使位于坩祸内的晶体材料熔化；
[0008](2)缓慢下移籽晶；
[0009](3)当籽晶质量发生变化时，继续缓慢下移达到下晶深度；
[0010](4)监测籽晶质量增减速度，当籽晶质量增减速度范围处于阈值V内，对坩祸保持原有加热状态；当籽晶质量增加或减小速度范围超过阈值V，升高或降低坩祸的温度，然后上移籽晶，执行步骤(2)，重新下晶。
[0011]相对于现有技术，本发明的下晶方法，避免在下晶过程中由保温系统的温度梯度对籽晶造成热冲击，当发生籽晶生长过速和籽晶熔化现象时可通过调整下晶温度，重新下晶操作;可根据籽晶质量增加或减小的速度判定下晶成功或失败。
[0012]进一步，所述下晶方法还包括步骤(5)，根据籽晶质量变化的速率，选择升温缩颈或恒温缩颈。
[0013]进一步，当籽晶质量增加速率为0.5?_2g/h，选择恒温缩颈；当籽晶质量增加速率超过0.5g/h，选择升温缩颈。
[0014]进一步，下移籽晶的速度为100?150mm/h。
[0015]进一步，所述下晶深度为0.5?1mm。
[0016]本发明还提供了一种用于提拉法晶体生长的自动下晶设备，包括炉体、坩祸、籽晶杆、加热装置、上重量传感器和/或下重量传感器、控制装置;所述坩祸设置于炉体的炉腔内；所述加热装置设置于所述炉腔内并对所述坩祸加热;所述上重量传感器设置于籽晶杆上和/或所述下重量传感器设置于坩祸底部;所述控制装置分别与所述籽晶杆、加热装置、上重量传感器和/或下重量传感器电连接;所述控制装置监测籽晶质量增减速度，并根据籽晶的增减速度控制加热装置对坩祸的加热以及籽晶杆的上移、下移或旋转。
[0017]相对于现有技术，本发明的用于提拉法晶体生长的自动下晶的设备，通过控制装置控制晶体生长过程的自动进行，并能够根据实际下晶过程判断调整下晶温度，实现全自动化下晶过程，使下晶操作脱离人工，避免人工的干扰。
[0018]进一步，所述控制装置包括温控模块、监控模块和提拉旋转控制模块;所述提拉旋转控制模块分别与温控模块和监控模块电连接;所述温控模块与加热装置电连接，所述监控模块分别与上重量传感器和/或下重量传感器电连接，所述提拉旋转控制模块与籽晶杆电连接;所述温控模块实时测量坩祸温度并根据坩祸测量的温度控制加热装置;所述监控模块监控籽晶杆上籽晶重量和/或坩祸内晶体重量;所述提拉旋转控制模块根据温控模块获得的坩祸温度、以及监控模块获得的籽晶杆上籽晶重量和/或坩祸内晶体重量，调节籽晶杆提拉或旋转的速度。
[0019]进一步，还包括一与籽晶杆联动设置的光栅尺。
[0020]进一步，所述控制装置监测籽晶质量增减速度，当籽晶质量增减速度范围处于阈值V内，对坩祸保持原有加热状态；当籽晶质量增加或减小速度范围超过阈值V，升高或降低坩祸的温度，然后上移籽晶，重新下晶。
[0021]进一步，所述籽晶杆带动籽晶的下移速度为100?150mm/h。
[0022]为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
【附图说明】
[0023]图1是本发明用于提拉法晶体生长的下晶方法的步骤图。
[0024]图2是本发明下晶过程中下籽晶的质量变化随时间变化的曲线。
[0025]图3是本发明自动下晶设备的控制装置各模块的连接示意图。
【具体实施方式】
[0026]本发明的用于提拉法晶体生长的下晶方法，通过监测盛装晶体材料的坩祸的温度以及籽晶质量变化的状态来选择适当的下晶时机，请参阅图1，具体包括以下步骤:
[0027](I)对坩祸加热，使位于坩祸内的晶体材料熔化；
[0028](2)缓慢下移籽晶；
[0029]具体的，下移籽晶的速度根据需要选择。当下移籽晶过慢时会影响工作效率;而当下移籽晶过快则会对籽晶产生热冲击，对籽晶造成损伤。在本实施例中，所述下移籽晶的速度为100?150mm/h。但籽晶的下移速度不局限于此。
[0030](3)当籽晶质量发生变化时，继续缓慢下移达到下晶深度;具体的，当籽晶接触熔化的晶体材料时，籽晶吸附熔化的晶体材料，籽晶质量增加。在本实施例中，所述下晶深度为0.5?1_。但下晶深度不局限于此。
[0031](4)监测籽晶质量增减速度，当籽晶质量增减速度范围处于阈值V内，对坩祸保持原有加热状态；当籽晶质量增加或减小速度范围超过阈值V，升高或降低坩祸的温度，然后上移籽晶，执行步骤(2)，重新下晶。请参阅图2，其是本发明下晶过程中下籽晶的质量变化随时间变化的曲线。当籽晶质量减小量或增加量小于步骤(3)中的质量变化时，说明下晶成功。当籽晶质量快速增加或减小量大于步骤(3)中的质量变化，说明下晶失败，重新下晶。
[0032]具体的，步骤(4)中，当籽晶质量增加速率范围超过阈值V，说明下晶温度偏低，熔化的晶体材料快速在籽晶周围结晶。此时升高坩祸的温度，熔化籽晶周围的结晶，然后重新进行下晶操作。当籽晶质量减小速率范围超过阈值V，说明下晶温度偏高，籽晶快速熔化。此时降低坩祸的温度，然后重新进行下晶操作。
[0033](5)根据籽晶质量变化的速率，选择升温缩颈或恒温缩颈。具体的，当籽晶质量增减速度范围处于阈值V内时，说明下晶成功，此时根据籽晶质量变化的速率，选择升温缩颈或恒温缩颈，即加快上移籽晶的速率，并同时旋转籽晶，从而尽量消除籽晶内原有位错的延伸。当籽晶重量稳定后，籽晶的质量变化有三种:平缓、缓慢减小或缓慢增加。缩颈操作可以减少下晶过程中在籽晶表面由热冲击造成的位错