專利名稱：可控雙球面鍺單晶生長(zhǎng)方法及模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可控雙球面鍺單晶生長(zhǎng)方法及模具，屬半導(dǎo)體冶金晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域。
目前國(guó)內(nèi)外熱象儀、夜視儀及二氧化碳激光裝置等，使用光學(xué)鍺透鏡毛坯成型方法。方法一是采用上引提拉法生產(chǎn)鍺單晶棒后，經(jīng)切斷、外園滾磨、曲率磨削制成球面鍺單晶體透鏡毛坯。該方法材料消耗大，加工復(fù)雜，成本高，伴有粉塵污染。方法二是采用鑄造法，按設(shè)定的透鏡毛坯幾何形狀加工模具，在單晶生長(zhǎng)設(shè)備或真空爐的模具內(nèi)鑄造成型。該方法所得光學(xué)鍺透鏡毛坯為多晶體，光學(xué)質(zhì)量降低。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足而提供一種可控雙球面鍺單晶生長(zhǎng)方法及模具。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的將鍺金屬和鍺單晶籽晶分別裝入單晶生長(zhǎng)設(shè)備中的模具的上模2與下模3之間和下模3下部的晶種室4內(nèi)，上模2與下模3配合處均為具有任意設(shè)定曲率半徑的球面，球面尺寸由所需鍺透鏡的形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，鍺金屬和鍺單晶籽晶在單晶生長(zhǎng)設(shè)備中冶煉，控制鍺金屬熔體的溫度為937-987℃，鍺金屬熔體與籽晶界面溫度為937℃，鍺單晶籽晶的溫度為787-937℃，在控制晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，下模3與加熱器1的位置相對(duì)移動(dòng)速度為每小時(shí)0-5厘米，模具旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘0-10轉(zhuǎn)，經(jīng)1-4小時(shí)晶種導(dǎo)引，模塊熱固直接生長(zhǎng)出任意曲率半徑雙球面單晶體。
附

圖1為本發(fā)明工藝流程方框圖;
附圖2為本發(fā)明模具裝配示意圖。圖中1為加熱器、5為保溫層、6為鍺金屬熔體。
本發(fā)明下面將結(jié)合附圖(實(shí)施例)作進(jìn)一步詳述將上模2與下模3配合處設(shè)計(jì)成直徑為80.6mm，曲率半徑分別為102.57mm及207mm的球面。用雙氧水法對(duì)鍺進(jìn)行清潔處理，隨后將165g的鍺金屬塊裝入上石墨模2與下石墨模3之間，將4×4×40mm的單晶籽晶模具放入下模3下部的晶種室4內(nèi)。然后將裝有鍺金屬塊和單晶籽晶的模具放入公知的已裝有石墨加熱器1和保溫層5的單晶生長(zhǎng)設(shè)備(型號(hào)為TDK-36AZ)內(nèi)。用公知的普通電偶測(cè)定溫度場(chǎng)，調(diào)整溫度場(chǎng)分布，使其滿足晶體生長(zhǎng)條件 (d2T)/(dr2) →0， (dT)/(dO) →0， (dT)/(dz) ≈常數(shù)。在起始生長(zhǎng)時(shí)，控制鍺金屬熔體的溫度與籽晶熔接處為937℃，另一表面溫度為987℃，鍺單晶籽晶一端的溫度為937℃，另一端溫度為790℃，生長(zhǎng)過(guò)程中，石墨加熱器1與石墨模具3相對(duì)移動(dòng)為每小時(shí)4.0厘米，裝于坩堝軸上的模具的旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘2.5轉(zhuǎn)。晶體生長(zhǎng)過(guò)程中用公知的真空泵對(duì)晶體生長(zhǎng)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行抽真空，使其晶體生長(zhǎng)設(shè)備內(nèi)的真空度為8×10-3。經(jīng)3小時(shí)的晶種導(dǎo)引、模塊熱固后隨爐冷卻，經(jīng)脫模得到直接生長(zhǎng)出的所需曲率半徑的雙球面單晶體透鏡毛坯。用上述方法制作的昆明物理所一類熱象儀需用的直徑為80.6mm，曲率半徑分別為102.57mm及207mm，重165g的雙球面鍺單晶體透鏡毛坯，具有較高的光學(xué)質(zhì)量。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有簡(jiǎn)化成型工序，材料消耗低，光學(xué)質(zhì)量高，成本低，無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，適用于生長(zhǎng)雙球面鍺單晶體透鏡毛坯，同時(shí)也適用生長(zhǎng)單球面鍺單晶透鏡毛坯。
權(quán)利要求
1.一種可控雙球面鍺單晶生長(zhǎng)方法及模具，其特征在于該方法是將鍺金屬和鍺單晶籽晶分別裝入單晶生長(zhǎng)設(shè)備中的模具的上模2與下模3之間和下模3下部的晶種室4內(nèi)，鍺金屬和鍺單晶籽晶在單晶生長(zhǎng)設(shè)備中冶煉，控制鍺金屬熔體的溫度為937-987℃，熔體與鍺單晶籽晶界面溫度為937℃，鍺單晶籽晶的溫度為787-937℃，下模3與加熱器1的位置相對(duì)移動(dòng)速度為每小時(shí)0-5厘米，模具旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘0-10轉(zhuǎn)，經(jīng)1-4小時(shí)晶種導(dǎo)引，模塊熱固直接生長(zhǎng)出任意曲率半徑的雙球面單晶體。
2.一種可控雙球面鍺單晶生長(zhǎng)方法及模具，該模具由位于晶體生長(zhǎng)設(shè)備中的坩堝轉(zhuǎn)軸上的設(shè)有晶種室4的下模3組成，其特征在于具有任意設(shè)定曲率半徑的下模3的上方有一具有任意設(shè)定曲率半徑的上模2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可腔雙球面鍺單晶生長(zhǎng)的方法及模具，屬半導(dǎo)體冶金晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域。本發(fā)明將鍺金屬和鍺單晶籽晶分別裝入公知的單晶生長(zhǎng)設(shè)備中的模具的上石墨模2與下石墨模3之間和下模3下部的晶種室4內(nèi)，經(jīng)一段時(shí)間的晶種導(dǎo)引，模塊熱固直接生長(zhǎng)出任意曲率半徑的雙球面單晶體。本發(fā)明具有工序簡(jiǎn)單，材料消耗低，光學(xué)質(zhì)量高，無(wú)污染，成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于生長(zhǎng)雙球面或單球面鍺單晶體透鏡毛坯。
文檔編號(hào)C30B11/02GK1068156SQ9210464
公開(kāi)日1993年1月20日 申請(qǐng)日期1992年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月11日
發(fā)明者吳雅頌, 李昆, 任敏 申請(qǐng)人:昆明冶金研究所