我國人工晶體生長設備之發展狀況

摘要：本文回顧了我國人工晶體生長設備之發展歷史，展望了人工晶體生長設備之發展前景。陽光電子學校維修專家分析認為：

關鍵詞：晶體生長設備  單晶爐 
        我國人工晶體材料工業經過半個多世紀之發展，在廣大科技工作者之共同努力下，取得了巨大之成就，已具有較高之技術水平和較大之生產能力，而為之配套服務之晶體生長設備—單晶爐也隨之得到了飛速之發展。陽光電子學校維修專家分析認為：在40多年之發展過程中，緊跟國際先進技術，使我國之晶體生長設備從無到有、從小到大、從單一品種到多品種系列化，一步一個腳印地發展壯大起來。陽光電子學校維修專家分析認為：
  

  一、人工晶體生長設備之歷史回顧
   （一）半導體硅材料生長設備
        1961年，在中國科學院半導體物理所林蘭英院士之親自指導下，北京機械學院工廠（西安理工大學工廠之前身）之技術人員與半導體物理所之技術人員共同研制出了我國第一臺人工晶體生長設備—TDK-36型單晶爐，并且成功拉制出了我國第一根無位錯之硅單晶，單晶質量接近當時之國際先進水平，TDK-36型單晶爐榮獲國家級新產品獎。陽光電子學校維修專家分析認為：TDK-36型單晶爐投料量只有1kg，拉制單晶直徑Φ35mm。陽光電子學校維修專家分析認為：1973年開發了TDR-40型單晶爐，投料量3kg，單晶直徑Φ50mm。陽光電子學校維修專家分析認為：1978年，開發了TDR-50型單晶爐，投料量12kg，拉制單晶直徑Φ75mm。陽光電子學校維修專家分析認為：

        20世紀80年代后期，我國半導體材料工業迅速發展，國內半導體材料制造廠家大量引進美國KAYEX－－CG3000型軟軸提拉單晶爐。陽光電子學校維修專家分析認為：為滿足我國半導體材料工業不斷發展之需要，1988年西安理工大學工廠承擔了國家“七五”科技攻關項目，研制成功了TDR-62系列軟軸單晶爐，投料量增至30kg，拉制單晶直徑Φ125mm。陽光電子學校維修專家分析認為：該爐型采用軟軸提拉機構，大大降低了設備高度。陽光電子學校維修專家分析認為：等徑控制采用IRCON光學高溫計、計算機對直徑信號進行控制。陽光電子學校維修專家分析認為：我國區熔硅單晶之發展也非常快，特別是3-4寸區熔硅單晶之需求量在不斷上升，為此，1989年我們研制成功TDL-FZ35型區熔爐，用以生產功率器件所需3～4寸之高質量硅單晶。陽光電子學校維修專家分析認為：該設備設置有晶體夾持機構，以保證穩定生長3-4寸單晶。陽光電子學校維修專家分析認為：在該設備中首次采用了大直徑焊接波紋管副室結構，傳動部件采用精密滾動絲杠、直線運動導軌、直流力矩機等精密傳動機構，提高了整機之運動穩定性。陽光電子學校維修專家分析認為：其各項指標均達到國際先進水平，到目前為止仍是國內3-4寸區熔硅單晶之主要生長設備。陽光電子學校維修專家分析認為：為了滿足市場對6-8寸之需求，1996年開發生產了TDR-80型直拉硅單晶爐。陽光電子學校維修專家分析認為：

       該單晶爐籽晶在爐內有效行程為2500mm，坩堝行程為400mm，爐室內徑800mm，投料量達到60kg，拉制單晶直徑Φ200mm。陽光電子學校維修專家分析認為：爐蓋為橢圓封頭形式，副室爐門之開啟與閉合采用機械聯動機構，以便快速準確地啟閉爐門。陽光電子學校維修專家分析認為：上下軸之密封采用了國際上先進之密封技術-磁流體密封，密封效果好，旋轉扭矩小，提高了整機運行之可靠性。陽光電子學校維修專家分析認為：籽晶提升采用了穩定可靠，性能優異之卷楊提升機構。陽光電子學校維修專家分析認為：計算機測控單元選用研華AWS-822工業級一體化工作站作為控制主機，配備全隔離A/D、D/A接口作為控制單元，該爐型1997年通過部級鑒定，1998年榮獲國家經貿委考試合格頒發之國家級新產品獎。陽光電子學校維修專家分析認為：1997年開發生產了TDR-70A（B）型直拉硅單晶爐，投料量達到60kg，拉制單晶直徑Φ150mm。陽光電子學校維修專家分析認為：
 
    (二)、Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料生長設備
   我國Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料之發展從無到有已經發展構比較簡單、性能比較落后。陽光電子學校維修專家分析認為：1985年前后，國內陸續引進了英國和法國之高壓單晶爐，生產2″之砷化鎵單晶。陽光電子學校維修專家分析認為：但由于進口設備價格相當昂貴，使得大部分生產廠家 望塵莫及。陽光電子學校維修專家分析認為：為了滿足國內對GaAs、InP等化合物半導體材料之需要，西安理工大學工廠于1991年開發成功了TDR-GY30系列高壓單晶爐。陽光電子學校維修專家分析認為：

       (括TDR-30型高壓單晶爐，TDR-30S三段式加熱型晶爐,TDR-30SC三段式加熱帶磁場型高壓單晶爐)，投料量4kg，拉制單晶直徑Φ75mm，滿足了當時國內市場之需求。陽光電子學校維修專家分析認為：同時，由于生長工藝之不同之要求，西安理工大學工廠還陸續開發了TDR-ZY40型、TDR-ZY40A型、TDR-ZY40B型系列中壓單晶爐，用于生長Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料。陽光電子學校維修專家分析認為：
     （三）、激光晶體和非線性光學晶體材料生長設備
       我國激光晶體屬于穩步發展情況，由小直徑發展到大直徑，從單一品種發展到現在之多品種，一些新型材料還具有我國自己之自主知識產權。陽光電子學校維修專家分析認為：使用之設備有TDL-J40型、SJ78-3型激光晶體爐。陽光電子學校維修專家分析認為：銻鎘汞、碲化鎘、BBO、LBO等氧化物晶體材料生長設備主要有SJ82-5型氧化物晶體爐、SJ82-6型化合物晶體爐、SJ83-7型晶體爐、SJ91-9型化合物生長設備、SJ92-10型氧化物生長設備等。陽光電子學校維修專家分析認為：特別是近幾年來，隨著我國人工晶體材料工業之飛速發展，對人工晶體生長設備之需求越來越迫切，對設備之性能要求也越來越高，由于人工晶體之種類繁多，生長工藝各不相同，因此，就要求有能夠滿足各類晶體生長工藝之設備。陽光電子學校維修專家分析認為：為了滿足我國人工晶體材料生長之需要，近幾年西安理工大學工廠陸續開發了TDL－J75型、TDL(R)－60型、TDL(R)－50型系列激光爐,TDR－Y50型、TDR－Y60型氧化物晶體爐、TDL－N60系列鈮酸鋰鉭酸鋰晶體爐、TDL－F40型釩酸釔晶體爐, TDL－FZ50 型區域熔化提純爐等。陽光電子學校維修專家分析認為：

    以上各種晶體生長設備之運動精度、控制精度及其它性能指標都有很大之提高，它們共同之性能特點如下：
    1．采用精密之直線導軌、滾珠絲杠作為主要運動執行機構，保證了機構運行之穩定可靠，提高了工作運動精度。陽光電子學校維修專家分析認為：
    2．采用10000：1大減速比之精密減速機構進行傳動，保證了慢速工作之穩定性。陽光電子學校維修專家分析認為：
    3．具有轉速程序控制功能，能夠更好地滿足晶體生長之工藝需要。陽光電子學校維修專家分析認為：
   4．具有溫度程序控制功能，可以根據工藝需要設定溫度曲線。陽光電子學校維修專家分析認為：
   5．真空爐室選用304L優質不銹鋼材

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