柴氏拉晶法與長晶爐

柴氏拉晶法簡稱CZ法,這種方法主要是用來從溶體中提拉生長晶體,在生長長晶爐的過程中主要是利用鉬坩堝作為載體。在1964年時,這種方法首先被應用到藍寶石單晶的生長中,成功生長出品質更高的藍寶石晶體。

柴氏拉晶法的步驟如下:

1.0首先將原料加熱至熔點後熔 溫度差而形成過冷。於是熔湯開始在晶種表面凝固並生長和晶種相同晶體結構的單晶。晶種同時以緩慢的速度往上拉升,在拉升的同時熔湯逐漸凝固於晶種的液固介面上,進而形成一軸對稱的單晶晶棒。通過控制拉升速度,分別生長長晶頸,晶冠,晶身以及晶尾。
2.0在長完晶頸後,需要降低拉升速度,使晶體直徑增大到所需的尺寸,此步驟為晶冠生長。
3.0當晶體直徑增大到所需尺寸時,就以等速的 速度來拉升,此部分的晶體直徑是固定的,也就是晶身部分。
4.0當晶身長完時,就要使晶棒 離開熔湯,此時拉升的速度會變快,使晶棒的直徑縮小,直到變成點狀時,再從 熔湯中分開。此步驟為晶尾生長,其目的是要避免晶棒與熔湯快速分離時,所產 生的熱應力,若在分離時產生熱應力,此熱應力將使晶棒產生差排及滑移線等缺陷。

鉬坩堝圖片

柴氏拉晶法在晶體生長過程中,可以方便的觀察晶體的生長情況。晶體在自由液面生長,不受鉬坩堝的強制作用。可降低晶體的應力 可以方便的使用所需取向籽晶和“縮頸”工藝,有助於以比較快的速率生長較高質量的晶體,晶體完整性較好。