我国人工晶体生长设备的发展与展望
发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:324
西安理工大学 李留臣 薛抗美 扬润 02-8-19 10:14:56
《国际电子设备》 |
摘要：本文回顾了我国人工晶体生长设备的发展历史，展望了人工晶体生长设备的发展前景。
关键词：晶体生长设备 单晶炉
我国人工晶体材料工业经过半个多世纪的发展，在广大科技工作者的共同努力下，取得了巨大的成就，已具有较高的技术水平和较大的生产能力，而为之配套服务的晶体生长设备—单晶炉也随之得到了飞速的发展。在40多年的发展过程中，紧跟国际先进技术，使我国的晶体生长设备从无到有、从小到大、从单一品种到多品种系列化，一步一个脚印地发展壮大起来。
一、人工晶体生长设备的历史回顾
（一）半导体硅材料生长设备
1961年，在中国科学院半导体物理所林兰英院士的亲自指导下，北京机械学院工厂（西安理工大学工厂的前身）的技术人员与半导体物理所的技术人员共同研制出了我国第一台人工晶体生长设备—tdk-36型单晶炉(如图一），并且成功拉制出了我国第一根无位错的硅单晶，单晶质量接近当时的国际先进水平，tdk-36型单晶炉荣获国家级新产品奖。tdk-36型单晶炉投料量只有1kg，拉制单晶直径φ35mm。1973年开发了tdr-40型单晶炉，投料量3kg，单晶直径φ50mm。1978年，开发了tdr-50型单晶炉，投料量12kg，拉制单晶直径φ75mm。
20世纪80年代后期，我国半导体材料工业迅速发展，国内半导体材料制造厂家大量引进美国kayex--cg3000型软轴提拉单晶炉。为满足我国半导体材料工业不断发展的需要，1988年西安理工大学工厂承担了国家“七五”科技攻关项目，研制成功了tdr-62系列软轴单晶炉，投料量增至30kg，拉制单晶直径φ125mm。该炉型采用软轴提拉机构，大大降低了设备高度。等径控制采用ircon光学高温计、计算机对直径信号进行控制。我国区熔硅单晶的发展也非常快，特别是3-4寸区熔硅单晶的需求量在不断上升，为此，1989年我们研制成功tdl-fz35型区熔炉，用以生产功率器件所需3～4寸的高质量硅单晶。该设备设置有晶体夹持机构，以保证稳定生长3-4寸单晶。在该设备中首次采用了大直径焊接波纹管副室结构，传动部件采用精密滚动丝杠、直线运动导轨、直流力矩机等精密传动机构，提高了整机的运动稳定性。其各项指标均达到国际先进水平，到目前为止仍是国内3-4寸区熔硅单晶的主要生长设备。为了满足市场对6-8寸的需求，1996年开发生产了tdr-80型直拉硅单晶炉(如图二），
该单晶炉籽晶在炉内有效行程为2500mm，坩埚行程为400mm，炉室内径800mm，投料量达到60kg，拉制单晶直径φ200mm。炉盖为椭圆封头形式，副室炉门的开启与闭合采用机械联动机构，以便快速准确地启闭炉门。上下轴的密封采用了国际上先进的密封技术-磁流体密封，密封效果好，旋转扭矩小，提高了整机运行的可靠性。籽晶提升采用了稳定可靠，性能优异的卷杨提升机构。计算机测控单元选用研华aws-822工业级一体化工作站作为控制主机，配备全隔离a/d、d/a接口作为控制单元，该炉型1997年通过部级鉴定，1998年荣获国家经贸委颁发的国家级新产品奖。1997年开发生产了tdr-70a（b）型直拉硅单晶炉（如图三），投料量达到60kg，拉制单晶直径φ150mm。
(二)、ⅲ-ⅴ族化合物半导体材料生长设备
我国ⅲ-ⅴ族化合物半导体材料的发展从无到有已经发展构比较简单、性能比较落后。1985年前后，国内陆续引进了英国和法国的高压单晶炉，生产2″的砷化镓单晶。但由于进口设备价格相当昂贵，使得大部分生产厂家 望尘莫及。为了满足国内对gaas、inp等化合物半导体材料的需要，西安理工大学工厂于1991年开发成功了tdr-gy30系列高压单晶炉(如图四）
(包括tdr-30型高压单晶炉，tdr-30s三段式加热型晶炉,tdr-30sc三段式加热带磁场型高压单晶炉)，投料量4kg，拉制单晶直径φ75mm，满足了当时国内市场的需求。同时，由于生长工艺的不同的要求，西安理工大学工厂还
西安理工大学 李留臣 薛抗美 扬润 02-8-19 10:14:56
《国际电子设备》 | 摘要：本文回顾了我国人工晶体生长设备的发展历史，展望了人工晶体生长设备的发展前景。
关键词：晶体生长设备 单晶炉
我国人工晶体材料工业经过半个多世纪的发展，在广大科技工作者的共同努力下，取得了巨大的成就，已具有较高的技术水平和较大的生产能力，而为之配套服务的晶体生长设备—单晶炉也随之得到了飞速的发展。在40多年的发展过程中，紧跟国际先进技术，使我国的晶体生长设备从无到有、从小到大、从单一品种到多品种系列化，一步一个脚印地发展壮大起来。
一、人工晶体生长设备的历史回顾
（一）半导体硅材料生长设备
1961年，在中国科学院半导体物理所林兰英院士的亲自指导下，北京机械学院工厂（西安理工大学工厂的前身）的技术人员与半导体物理所的技术人员共同研制出了我国第一台人工晶体生长设备—tdk-36型单晶炉(如图一），并且成功拉制出了我国第一根无位错的硅单晶，单晶质量接近当时的国际先进水平，tdk-36型单晶炉荣获国家级新产品奖。tdk-36型单晶炉投料量只有1kg，拉制单晶直径φ35mm。1973年开发了tdr-40型单晶炉，投料量3kg，单晶直径φ50mm。1978年，开发了tdr-50型单晶炉，投料量12kg，拉制单晶直径φ75mm。
20世纪80年代后期，我国半导体材料工业迅速发展，国内半导体材料制造厂家大量引进美国kayex--cg3000型软轴提拉单晶炉。为满足我国半导体材料工业不断发展的需要，1988年西安理工大学工厂承担了国家“七五”科技攻关项目，研制成功了tdr-62系列软轴单晶炉，投料量增至30kg，拉制单晶直径φ125mm。该炉型采用软轴提拉机构，大大降低了设备高度。等径控制采用ircon光学高温计、计算机对直径信号进行控制。我国区熔硅单晶的发展也非常快，特别是3-4寸区熔硅单晶的需求量在不断上升，为此，1989年我们研制成功tdl-fz35型区熔炉，用以生产功率器件所需3～4寸的高质量硅单晶。该设备设置有晶体夹持机构，以保证稳定生长3-4寸单晶。在该设备中首次采用了大直径焊接波纹管副室结构，传动部件采用精密滚动丝杠、直线运动导轨、直流力矩机等精密传动机构，提高了整机的运动稳定性。其各项指标均达到国际先进水平，到目前为止仍是国内3-4寸区熔硅单晶的主要生长设备。为了满足市场对6-8寸的需求，1996年开发生产了tdr-80型直拉硅单晶炉(如图二），
该单晶炉籽晶在炉内有效行程为2500mm，坩埚行程为400mm，炉室内径800mm，投料量达到60kg，拉制单晶直径φ200mm。炉盖为椭圆封头形式，副室炉门的开启与闭合采用机械联动机构，以便快速准确地启闭炉门。上下轴的密封采用了国际上先进的密封技术-磁流体密封，密封效果好，旋转扭矩小，提高了整机运行的可靠性。籽晶提升采用了稳定可靠，性能优异的卷杨提升机构。计算机测控单元选用研华aws-822工业级一体化工作站作为控制主机，配备全隔离a/d、d/a接口作为控制单元，该炉型1997年通过部级鉴定，1998年荣获国家经贸委颁发的国家级新产品奖。1997年开发生产了tdr-70a（b）型直拉硅单晶炉（如图三），投料量达到60kg，拉制单晶直径φ150mm。
(二)、ⅲ-ⅴ族化合物半导体材料生长设备
我国ⅲ-ⅴ族化合物半导体材料的发展从无到有已经发展构比较简单、性能比较落后。1985年前后，国内陆续引进了英国和法国的高压单晶炉，生产2″的砷化镓单晶。但由于进口设备价格相当昂贵，使得大部分生产厂家 望尘莫及。为了满足国内对gaas、inp等化合物半导体材料的需要，西安理工大学工厂于1991年开发成功了tdr-gy30系列高压单晶炉(如图四）
(包括tdr-30型高压单晶炉，tdr-30s三段式加热型晶炉,tdr-30sc三段式加热带磁场型高压单晶炉)，投料量4kg，拉制单晶直径φ75mm，满足了当时国内市场的需求。同时，由于生长工艺的不同的要求，西安理工大学工厂还
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