一种用于磷化铟多晶生长的加热装置

技术领域

本发明属于半导体材料生产技术领域，尤其涉及一种用于磷化铟多晶生长的加热装置。

背景技术

磷化铟单晶是周期系第Ⅲ、V族化合物半导体，其作为优秀的高速电子和光电器件材料，具有广阔的应用前景。要获得高质量、大尺寸磷化铟单晶，首先必须合成高纯度的磷化铟多晶。常用的磷化铟多晶合成方法包括水平布里奇曼方法和注入法。无论采用哪种方法，基本工艺思路都是磷的蒸汽与铟的熔体合成磷化铟多晶，都需要加热高纯磷和高纯铟，获得磷蒸汽和铟熔体。

由于高纯磷和高纯铟需要的加热温度不一致，目前的磷化铟多晶合成炉，其内部均设有不同的加热区，分别用来加热高纯磷和高纯铟。

本发明申请人在实施上述技术方案中发现，上述技术方案至少存在以下缺陷：

目前的磷化铟多晶合成炉，虽然能够分别控制高纯磷和高纯铟加热区的加热情况，但高纯磷加热区、高纯铟加热区实际是由多个子温区组成的，对于这些子温区，无法实现独立的控制。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种用于磷化铟多晶生长的加热装置，旨在解决背景技术中所提到的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种用于磷化铟多晶生长的加热装置，所述加热装置包括：

多件发热体，设置在用于磷化铟多晶生长的晶体生长装置上；

与所述发热体数目一致的多组电极；每组电极包括正极和负极，分别与加热体的两端电连接；当所述电极通电后，晶体生长装置上对应于发热体的部位形成用于加热元素磷或元素铟的加热区以及用于磷化铟多晶生长的生长区。

优选的，所述发热体呈螺旋状。

优选的，多组所述电极之间并联连接。

优选的，当所述加热区用于加热元素磷时，所述加热区的温度范围是400～500℃；当所述加热区用于加热元素铟时，所述加热区的温度范围是1000～1100℃；磷化铟多晶的生长区与元素铟所在的加热区重合。

优选的，所述加热体的材质为电热材料。

优选的，所述加热体的材质为镍铬合金、铁铬铝合金或硅钼棒。

优选的，所述加热体选取为Φ4～10mm的圆钢或等效直径为Φ4～10mm的扁钢带弯折而成。

优选的，所述电极通过直流电源获取电能。

优选的，加热装置还包括：

温度传感器，用于获取所述加热区和生长区的温度信息；

控制单元；所述控制单元根据温度传感器所获取的温度信息，控制所述加热体两端的电压数值。

优选的，所述发热体和所述电极均设有6～12组。

本发明实施例提供的一种用于磷化铟多晶生长的加热装置，包括：多件发热体，设置在用于磷化铟多晶生长的晶体生长装置上；与所述发热体数目一致的多组电极；每组电极包括正极和负极，分别与加热体的两端电连接；当所述电极通电后，晶体生长装置上对应于发热体的部位形成用于加热元素磷或元素铟的加热区。

与现有技术相比，本发明通过采用每组电极分别对每件加热体进行供电，使得每个加热体所形成的加热区和生长区都能被独立控制，从而获得满足元素磷、元素铟及磷化铟多晶生长的工艺控温曲线要求的温度范围，最大可能地减小各加热体形成的加热区和生长区之间的相互影响。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用于磷化铟多晶生长的加热装置的剖视图；

图2为本发明实施例提供的具有9个加热区的加热装置的剖视图。

附图中：1、晶体生长装置；2、发热体；3、电极。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

实施例1

如附图1所示，为本发明一个实施例提供的一种用于磷化铟多晶生长的加热装置，所述加热装置包括：

多件发热体2，设置在用于磷化铟多晶生长的晶体生长装置1上；

与所述发热体数目一致的多组电极3；每组电极3包括正极和负极，分别与加热体2的两端电连接；当所述电极3通电后，晶体生长装置1上对应于发热体2的部位形成用于加热元素磷或元素铟的加热区以及用于磷化铟多晶生长的生长区。

本发明实施例的工作原理如下：

进行磷化铟多晶生产时，将符合一定纯度要求的磷和铟依次间隔放置在晶体生长装置1上对应于发热体2的部位，然后通过电极3对发热体2进行通电，晶体生长装置1上对应于发热体2的部位形成用于加热元素磷或元素铟的加热区以及用于磷化铟多晶生长的生长区。根据区域内放置元素的不同，可以通过控制加热区和生长区所对应的电极3上的电压，来实现对每件发热体2发热效果的独立控制。

与现有技术相比，本发明通过采用每组电极3分别对每件加热体2进行供电，使得每个加热体所形成的加热区和生长区都能被独立控制，从而获得满足元素磷、元素铟及磷化铟多晶生长的工艺控温曲线要求的温度范围，最大可能地减小各加热体形成的加热区和生长区之间的相互影响。

作为本发明的一种优选实施例，所述发热体呈螺旋状。

具体的，与普通形状的发热体相比，在等体积的材料制成的前提下，本发明实施例呈螺旋状的发热体2具有更大的发热面积，能够提供更好的发热效果。

作为本发明的一种优选实施例，多组所述电极3之间并联连接。

具体的，多组电极3之间既可以单独控制，也可以通过并联连接实现单独控制。

作为本发明的一种优选实施例，当所述加热区用于加热元素磷时，所述加热区的温度范围是400～500℃；当所述加热区用于加热元素铟时，所述加热区的温度范围是1000～1100℃；磷化铟多晶的生长区与元素铟所在的加热区重合。

作为本发明的一种优选实施例，所述加热体的材质为电热材料。

具体的，电热材料是用来制造电阻发热元件的材料，在高温下具有良好的抗氧化性能。常用的电热合金的抗氧化能力来自表面形成的一层致密的氧化膜，如镍铬合金主要为氧化铬，铁铬铝合金则为氧化铝，硅钼棒为氧化硅，它们阻止金属基体的深入氧化。

作为本发明的一种优选实施例，所述加热体的材质为镍铬合金、铁铬铝合金或硅钼棒。

具体的，加热体可以由镍铬合金、铁铬铝合金或硅钼棒中的任意一种材料制备而成。

作为本发明的一种优选实施例，所述加热体选取为Φ4～10mm的圆钢或等效直径为Φ4～10mm的扁钢带弯折而成。

具体的，一般情况下，发热体2是由Φ4～10mm的圆钢或等效直径为Φ4～10mm的扁钢带加工弯折成螺旋状。此处所指的圆钢、扁钢带的材质即为上面所说的电热材料(镍铬合金、铁铬铝合金或硅钼棒等)。

作为本发明的一种优选实施例，所述电极3通过直流电源获取电能。

具体的，本发明加热装置采取为直流供电，以保证本发明加热装置工作的稳定性和连续性。

作为本发明的一种优选实施例，加热装置还包括：

温度传感器，用于获取所述加热区和生长区的温度信息；

控制单元；所述控制单元根据温度传感器所获取的温度信息，控制所述加热体两端的电压数值。

具体的，为了在独立控制的基础上实现对各个加热区的精准控制，本实施例增设了温度传感器和控制单元。通过温度传感器可以获取加热区的温度信息，温度传感器获取的信息传输到控制单元，控制单元根据温度传感器所获取的温度信息，结合磷化铟多晶生产过程中的控温曲线，实时调节发热体2两端的电压大小，从而精确的控制各个加热区的温度范围，获得磷化铟多晶生长各阶段所需的温场。

本实施例中，控制单元可以选取为PLC控制单元、单片机或ARM芯片等。

作为本发明的一种优选实施例，所述发热体2和所述电极3均设有6～12组。

具体的，根据生长磷化铟多晶晶体生长装置的长度，一般能够设置6～12个加热区，也就是说，发热体2和电极3能够设置6～12组。

实施例2

本发明的一个实施例还提供一种用于磷化铟多晶生长的晶体生长装置，所述晶体生长装置包括晶体生长装置主体以及设置在晶体生长装置主体内的实施例1中任意一项所述的加热装置。

此外，晶体生长装置主体内还应设置有压力传感器，以便能实时获取晶体生长装置内的压力数值，避免晶体生长装置内压力波动过大。

与现有磷化铟多晶生产合成炉相比，本实施例通过采用每组电极3分别对每件加热体2进行供电，使得每个加热体所形成的加热区(磷化铟多晶的生长区与元素铟所在的加热区重合)都能被独立控制，从而获得满足元素磷、元素铟及磷化铟多晶生长的工艺控温曲线要求的温度范围，最大可能地减小各加热体形成的加热区之间的相互影响。作为本发明的一种优选实施例，所述发热体呈螺旋状。

而且，本实施例通过设置温度传感器和控制单元，还能在独立控制的基础上实现对各个加热区的精准控制。

实施例3

本发明实施例提供了一种磷化铟多晶的生长过程，所述生长过程基于实施例2中所述的晶体生长装置，所述晶体生长装置包括晶体生长装置主体、压力传感器、以及设置在晶体生长装置主体内的实施例1中所述的加热装置，如附图2所示，所述加热装置包括：

9件发热体2；

9组电极3，每组电极3包括正极和负极，分别与加热体2的两端电连接；当所述电极3通电后，晶体生长装置1上对应于发热体2的部位形成用于加热元素磷或元素铟的加热区(磷化铟多晶的生长区与元素铟所在的加热区重合)；9件发热体一共形成9个加热区，依次是I区、II区、III区、IV区、V区、VI区、VII区、VIII区、IX区；

温度传感器，用于获取所述加热区和生长区的温度信息；

控制单元；所述控制单元根据温度传感器所获取的温度信息，控制所述加热体两端的电压数值。

所述磷化铟多晶的生长过程具体如下：

长晶初期，控制VI～IX区温度以50～150℃/h的升温速率升至1000℃，保温5～6h小时，其他区域暂时不加热。此后以5～50℃/h的升温速率升高I～III区的温度至400℃，此升温期内控制单元会根据温度传感器和压力传感器反馈的信号，实时调整I～III区的升温速率，以避免晶体生长装置内压力波动过大。

长晶末期，VI～IX区以5～30℃/h的降温速率降至1000℃后，控制单元自动切断加热电源，晶体生长装置自然冷却至室温。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。