一種二氧化碲單晶體的坩堝下降生長技術的製作方法

2023-06-04 04:16:31

專利名稱：一種二氧化碲單晶體的坩堝下降生長技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種採用粉末原料直接裝堝、入爐並在坩堝下降生長晶體的過程中，持續升溫生長優質大尺寸二氧化碲單晶體技術。屬於晶體生長領域。
背景技術：
現有的二氧化碲單晶體的生長方法之一是提拉法。由於二氧化碲單晶的熔化溫度為733℃，具有較強的揮發性。其揮發物具有毒性，為不使其揮發，在提拉過程中，需加十個以上大氣壓的惰性氣體。需要採用加壓單晶爐。二氧化碲單晶體有多個解理面，用提拉法只能沿[110]和[100]方向提拉圓柱狀晶體。不僅對生長爐設備要求較高，且受提拉方向和切形的限制，生長的晶體利用率低，尺寸不能滿足製作相關器件對晶體的要求。
二氧化碲單晶體的生長方法之二是採用坩堝下降法。中國專利ZL85107803曾報導了該種生長技術，但使用該法只能生長出厚度為30mm的單晶。且因採用原料壓塊技術，工藝繁瑣，坩堝容易穿漏，穿漏率達20％～30％。由於穿漏，造成爐膛損壞，揮發物又汙染環境，影響爐內周邊溫場，導致成品率下降，產量低(每年產量僅在20～30公斤)、成本上升。
目前，國際、國內對優質、大尺寸二氧化碲單晶的需求不斷增加，在技術使用上提出了更高的要求(如Tr、Th雜質含量要求在10-12左右)，原有的技術生長出的晶體已遠遠不能滿足實際需求。

發明內容
本發明的目的在於提供二氧化碲單晶體的坩堝下降法生長技術，採用粉末原料直接裝堝入爐及在坩堝下降生長晶體的過程中持續升溫至1300℃～1400℃的技術，克服了現有技術的諸多缺點，滿足上述要求，具體內容如下1、原料準備將光譜純粉末二氧化碲原料在650-750℃煅燒8-15小時。
2、裝爐將上述光譜純粉末原料和選用的沿[110]、
、[100]或任一方向生長的籽晶，裝入預先密封焊接好的管狀鉑金坩堝中，封口，再裝於坩堝下降爐內。在鉑金坩堝周圍，用煅燒過的氧化鋁粉填充。
3、升溫按常規速率(80℃～100℃/小時)升溫至原料的熔化溫度，並保溫10～12小時。
4、晶體生長按每小時0.6～1.0mm的速率下降坩堝，至爐溫在800-1000℃時，以每小時2℃～3℃的速率升溫至1300℃～1400℃。坩堝下降結束後，再以每小時30℃～50℃降溫至300℃以下後，切斷電源，自然冷卻至室溫。
5、退火過程將晶體以每小時30-60℃升溫至650-750℃，保溫12-16小時進行退火處理，再降溫至300℃以下。
該方法所帶來的技術效果包括1、由於採用粉末原料直接裝堝入爐，大大減少了升溫時坩堝內的壓力，使穿漏大幅下降(穿漏率小於1％)，減少了爐膛的損壞，溫場保持恆定，提高了成品率，增加了產量，從而降低了成本。
2、由於採用在坩堝下降的同時持續升溫至高溫的技術，致使在生長的過程中，原料不斷得到純化，增強排雜能力，晶體的質量大幅度提高，雜質含量下降(Tr、Th含量均達到10-12)。
3、由於對不同尺寸晶體的生長，採用坩堝下降速率控制在0.6～1.0mm/小時及持續升溫的條件，致使生長出晶體的厚度可超過60mm。
4、晶體純淨透明，無氣泡、無條紋、無散射、無包裹體。


圖1是本發明的主要工藝流程示意圖其中1-原料煅燒 2-準備籽晶 3-裝料 4-裝管入爐5-升溫 6-晶體生長 7-降溫 8-出爐
9-退火處理 10-晶體加工 11-性能測試12-成品檢驗 13-產品包裝8-1鉑金處理 8-2鉑金焊接 8-3坩堝製作具體實施方式
以下結合實施例進一步說明本發明的實質性特點和顯著進步。應該指出，本發明並非局限於下述各實施例。
實施例1煅燒原料(1)將光譜純二氧化碲粉料，裝入氧化鋁坩堝中，在坩堝下降爐內在680℃煅燒12小時快速冷卻至室溫。準備籽晶(2)沿[110]面切割尺寸為55×55×55(mm)的籽晶。裝料(3)、裝管入爐(4)將籽晶裝入預先焊接並密封好的管狀鉑金坩堝底部，將煅燒過的粉料裝在其上部，封口，並裝入下降爐內。在管狀鉑金坩堝周圍，填充煅燒過的氧化鋁粉，加蓋。升溫(5)以常規速率升溫至750℃，保持10小時。生長(6)控制速率1.0mm下降坩堝進行晶體生長。待爐溫在900℃左右時，以每小時2℃升溫至1300℃。下降後，再以每小時30℃降溫至300℃切斷電源，自然冷卻至室溫後，剝去鉑金坩堝，取出生長好的晶體，放入退火爐內，以每小時40℃升溫至680℃，保溫12小時進行退火處理。再降溫至300℃後，切斷電源，自然冷卻至室溫。按尺寸要求切割呈55×55×55(mm)的塊狀晶體。
所製得的晶體中Tr雜質含量小於0.23×10-12，Th雜質含量小於0.7×10-12。
實施例2步驟同實施例1，選用光譜純粉料，升溫至765℃後，保溫11小時。在坩堝下降生長晶體時，以每小時0.8mm速率下降坩堝，並以每小時2.5℃升溫至1350℃。下降後，再以每小時40℃降溫至300℃。籽晶沿
方向切割尺寸為60×60×60(mm)，退火時按每小時45℃升溫；其餘同實例1。
所製得的晶體中Tr雜質含量小於0.23×10-12，Th雜質含量小於0.7×10-12。
實施例3步驟同實施例1。選用光譜純粉料。升溫至780℃後保溫12小時。以每小時0.6mm速率下降坩堝並同時以每小時3℃升溫至1400℃。下降後，再以每小時50℃降溫至300℃。籽晶沿[100]方向切割尺寸為″入65×65×65(mm)。退火時按每小時50℃升溫。其餘同實施例1。
所製得的晶體中Tr雜質含量小於0.23×10-12，Th雜質含量小於0.7×10-12。
權利要求
1.一種二氧化碲單晶體的坩堝下降生長技術，包括原料準備、裝料裝爐、升溫過程、晶體生長過程、退火過程，其特徵在於(1)採用光譜純二氧化碲粉末直接裝入坩堝中；(2)晶體生長過程中，坩堝下降的速率為每小時0.6～1.0mm；(3)晶體生長過程中，下降坩堝至爐溫在800-1000℃時，以每小時2℃～3℃的速率升溫至1300℃～1400℃。
2.按權利要求1所述的一種二氧化碲單晶體的坩堝下降生長技術，其特徵在於所述的光譜純二氧化碲粉末經過650-750℃煅燒8-15小時。
3.按權利要求1和2所述的一種二氧化碲單晶體的坩堝下降生長技術，其特徵在於所述的升溫過程是按80℃～100℃/小時升溫至原料的熔化溫度，並保溫10～12小時；坩堝下降結束後，再以每小時30℃～50℃降溫至300℃以下後，切斷電源，自然冷卻至室溫。
4.按權利要求3所述的一種二氧化碲單晶體的坩堝下降生長技術，其特徵在於所述的退火過程是將晶體以每小時30-60℃升溫至650-750℃，保溫12-16小時，再降溫至300℃以下。
5.按權利要求1和2的一種二氧化碲單晶體的坩堝下降生長技術，其特徵在於所述的坩堝下降時升溫的最佳溫度為1350℃。
6.按權利要求1和2的一種二氧化碲單晶體的坩堝下降生長技術，其特徵在於所述的坩堝為方棒形、橢圓形、菱形、板狀、圓柱形中的一種。
全文摘要
一種二氧化碲單晶體的坩堝下降法生長技術，屬於晶體生長領域。其特徵在於採用以粉末為原料直接裝堝入爐及在坩堝下降生長晶體的過程中持續升溫至1300℃～1400℃的方法，坩堝下降的速率為每小時0.6～1.0mm。本技術克服了背景技術中壓塊裝料、下降過程單一降溫技術導致的易穿漏、成品率低和晶體厚度小的缺點。可生長出厚度超過60mm、尺寸大於(60×60×60)mm的優質大單晶。穿漏率＜1％，成品率提高。純度高(含Ur、Th達到1×10
文檔編號C30B15/00GK1487126SQ03141999
公開日2004年4月7日 申請日期2003年8月1日 優先權日2003年8月1日
發明者葛增偉, 吳國慶, 儲耀卿, 殷學技, 唐林躍, 趙寒冰, 顧李臻 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所