一种化合物半导体用合成炉的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及晶体的熔体法合成生长装置技术领域，尤其涉及化合物半导体的摇摆合成装置，具体是一种化合物半导体用合成炉。
【背景技术】
[0002]化合物半导体(II1-V族、I1-VI族等)在探测器器件、太阳能电池、太赫兹、外延衬底等高新技术领域有着广泛的应用。大尺寸、高质量的体单晶是其能够获得广泛应用的基础。目前，获得化合物半导体体单晶的方法主要为熔体法生长。大多数熔体法生长晶体都包括两个过程:合成过程和生长过程。在熔体法合成过程中，能够严格控制生长原材料成分、避免原材料挥发沉积并将原材料均匀混合是生长高质量晶体的重要前提。传统的多晶合成摇摆炉仅在降温时依靠重力让原料尽量不粘附，无法控制原料因温场不均匀造成的原料挥发。为了解决这一问题，一些合成摇摆炉采用两段式控温，在降温时不仅依靠重力让原料不挥发粘附，还控制远地端温度高于近地端温度，以保证多晶合成的化学剂量配比，但这种合成炉比较复杂，成本远高于传统的合成摇摆炉。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是克服化合物半导体在合成后冷却时由于温场不均匀的原因，造成合成原料的挥发，并沉积在坩祸壁上，并且由于原料挥发量无法测量，无法在晶体生长时对合成多晶的挥发元素进行补偿，影响晶体的化学剂量配比，使得化学剂量比失调的合成料无法生长出高质量的体单晶的问题。同时，通过简化摇摆炉设计，降低设备成本。
[0004]本实用新型的技术方案是:一种化合物半导体用合成炉，包括炉体、炉膛以及支架，所述炉膛设于炉体内，所述炉体与支架之间通过铰链一连接，支架上还固定有伺服电机，伺服电机的转轴与连杆二的右端固定连接，连杆二的左端与连杆一的下端铰接，连杆一的上端通过铰链二与炉体的左端连接；所述炉膛沿其表面绕有加热炉丝；炉膛与炉体之间填充有保温介质，该保温介质以炉体的中间部位为分界，其左半部分的导热系数低于右半部分的导热系数。
[0005]上述炉膛左右贯穿于整个炉体，炉体的左右两端均设有隔热炉盖。
[0006]上述炉体长度的中点处的左右两侧约15cm处各设有一个深入炉膛内的用于测量炉膛内温度的热电偶。
[0007]上述炉膛采用刚玉制成。
[0008]上述炉膛为圆筒状结构。
[0009]本实用新型的有益效果:本实用新型采用一段式的控温，设备简易、实用，且价格低廉；炉体保温层分为两段，保温效果不同，在坩祸所在位置产生了一个从左端向右端的正向温度差，合成降温时，由于温度差的作用，挥发元素向右端扩散并沉积在右端的合成料上，且由于合成炉停摇时右端向下，由于重力作用使合成料原料在高温下挥发后冷凝的小颗粒依附在右端。重力与温场的双重作用极大程度上保全了高温挥发原料，保证了合成多晶料的化学剂量配比，使晶体生长能够按照既定工艺温度曲线顺利进行，并生长出高质量的化合物半导体晶体。
[0010]以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型的结构示意图。
[0012]图2是本实用新型的炉体及炉膛的剖面图。
[0013]附图标记说明:1、炉体；2、炉膛；3、支架；4、伺服电机；5、保温炉盖；6、铰链一 ；7、连杆一 ；8、连杆二 ；9、加热炉丝；10、热电偶；11、保温介质；12、合成坩祸；13、铰链二。
【具体实施方式】
[0014]实施例1:
[0015]如图1及图2所示，本实用新型提供了一种化合物半导体用合成炉，包括炉体1、炉膛2以及支架3，所述炉膛2设于炉体1内。所述炉体1与支架3之间通过铰链一 6连接，具体是炉体1的外表面(炉腰)中心通过铰链一 6与支架3的中轴连接在一起，支架3的支撑炉体的主支架左侧的分支架上还固定有伺服电机4，伺服电机4的铰链与连杆二 8的右端固定连接，连杆二 8的左端与连杆一 7的下端铰接，连杆一 7的上端通过铰链二 13与炉体1的前端连接，即连杆一 7和连杆二 8之间用铰链连接，连杆二 8的右端固定在伺服电机4的转轴(转子)上，连杆一 7的上端用铰链连接在炉体靠近左端的外表面，连杆一 7和连杆二 8形成曲柄连杆结构，可以带动炉体180°摇摆；所述炉膛2沿其表面绕有加热炉丝9，具体是炉膛外表面均匀缠绕加热炉丝9，本合成炉采用一段控温，即只采用一个温控表进行控温。炉膛2与炉体1之间填充有保温介质11，该保温介质11以炉体1的中间部位为分界，两边采用热导系数不同的保温材料，其左半部分的导热系数低于右半部分的导热系数，或者使用同一种保温材料但两段填充密度不同，实现效果为:左端保温性好，右端保温性稍差。
[0016]实施例2:
[0017]在实施例1的基础上，所述炉膛2采用刚玉制成，其具体形状为圆筒状结构，炉膛2左右贯穿于整个炉体1，炉体1的左右两端均设有隔热炉盖5。圆筒状结构的炉膛有利于加热炉丝在其外侧进行均匀缠绕，同时有利于均匀加热，同时炉膛的左右贯穿结构有利于实施从炉体中部进行不同效果的保温分段。炉膛两端设隔热炉盖方便将合成坩祸从炉膛中放入和取出。在炉体1长度的中点处的左右两侧约15cm处各设有一个深入炉膛2内的用于测量炉膛2内温度的热电偶10，可将铰链一 6设于炉体1的中间位置，则两个热电偶10分别安装在铰链一 6左右两边15cm处，其中左边的热偶只监控温度，温度曲线控温以右边的热电偶为准。
[0018]本实用新型的分段保温的原理:炉膛外部均匀缠绕加热炉丝，炉膛外整段炉体的保温层材料热导率都很小。在合成加热时，功率很大，由于保温层散热造成的热损失可忽略不计。合成时，将合成坩祸12放置于炉膛中，并使坩祸中点与合成炉体1/2位置重合，坩祸两端塞入陶瓷棉将其位置固定，并盖好炉盖。通过设置温度曲线控温使坩祸所在位置达到合成温度，本合成炉加热温度可达1200°C以上。开启电机，使电机以合适的速度转动，带动合成炉往复摇摆，使原材料均匀混合反应。合成降温时，关闭电机。关闭时，使合成炉体与地面垂直，并使左端朝上。
[0019]在达到合成温度合成，由于散热的原因，靠近右端温度会稍低一些，因此要保证右端的原料达到合成温度，整段坩祸才可以均匀混合反应。在合成降温时，由于右端保温材料热导率稍大，因此散热也较左端快，因此右端温度会低于左端，因此右端率先降到原料的凝固点，高温下挥发为气相的原料就扩散到右端，凝结在右端的合成料上，避免了合成料中某种原料的损失。
[0020]因此，本实用新型提供的这种化合物半导体用合成炉通过调整加热炉丝外部保温层的材料或保温层的密度，将炉体分为两段保温。合成时，先调整炉体控温使炉膛内合成坩祸12所在的位置温度均达到化合物半导体熔点以上，并通过电机控制炉体180°转动，使化合物混合均匀。降温时，两段同时降温，由于保温效果不同，使炉体保温性差的一段温度更低，与保温性好的一端产生温度梯度；同时在炉体停摇时将低温端朝下。本装置解决了化合物半导体合成炉在合成后，坩祸远地端元素附着、致使化合物偏离化学计量比的问题，提高了晶体生长的质量，降低了设备成本。
[0021]本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种化合物半导体用合成炉，包括炉体(1)、炉膛(2)以及支架(3)，所述炉膛(2)设于炉体(1)内，其特征在于:所述炉体(1)与支架(3 )之间通过铰链一(6 )连接，支架(3 )上还固定有伺服电机(4)，伺服电机(4)的转轴与连杆二(8)的右端固定连接，连杆二(8)的左端与连杆一(7)的下端铰接，连杆一(7)的上端通过铰链二( 13)与炉体(1)的左端连接；所述炉膛(2)沿其表面绕有加热炉丝(9);炉膛(2)与炉体(1)之间填充有保温介质(11)，该保温介质(11)以炉体(1)的中间部位为分界，其左半部分的导热系数低于右半部分的导热系数。2.如权利要求1所述的一种化合物半导体用合成炉，其特征在于:所述炉膛(2)左右贯穿于整个炉体(1 )，炉体(1)的左右两端均设有隔热炉盖(5)。3.如权利要求1所述的一种化合物半导体用合成炉，其特征在于:在所述炉体(1)长度的中点处的左右两侧15cm处各设有一个深入炉膛(2)内的用于测量炉膛(2)内温度的热电偶(10)。4.如权利要求1所述的一种化合物半导体用合成炉，其特征在于:所述炉膛(2)采用刚玉制成。5.如权利要求4所述的一种化合物半导体用合成炉，其特征在于:所述炉膛(2)为圆筒状结构。
【专利摘要】本实用新型属于晶体的熔体法合成生长装置技术领域，具体提供了一种化合物半导体用合成炉，包括炉体、炉膛以及支架，炉膛设于炉体内，所述炉体与支架之间通过铰链一连接，支架上还固定有伺服电机，伺服电机的转轴与连杆二的右端固定连接，连杆二的左端与连杆一的下端铰接，连杆一的上端通过铰链二与炉体的左端连接；炉膛沿其表面绕有加热炉丝；炉膛与炉体之间填充有保温介质，该保温介质以炉体的中间部位为分界，其左半部分的导热系数低于右半部分的导热系数。本实用新型解决了化合物半导体合成炉在合成后，坩埚远地端元素附着、致使化合物偏离化学计量比的问题，提高了晶体生长的质量，降低了设备成本。
【IPC分类】C30B29/48, C30B29/40, C30B28/06
【公开号】CN204959081
【申请号】CN201520676445
【发明人】于晖, 魏登科, 樊玉
【申请人】西安西凯化合物材料有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月1日