ICS25.180.1c K61 备案号：47254—2014
中华人民共和国机械行业标准
JB/T12068—2014
TDR-Z直拉法锗单晶炉
TDR-Z germanium mono-crystal growing furnace by Czochralski method
2014-11-01实施
2014-07-09发布
中华人民共和国工业和信息化部发布 JB/T12068-2014
目 次
前言.. 1范围. 2 规范性引用文件 3术语和定义 4产品分类.. 4.1型号和规格.. 4.2型号含义， 4.3主要参数 5技术要求 5.1--般要求， 5.2对设计和制造的补充要求
II
5.3 性能要求 5.4成套要求 6试验方法. 6.1 一般要求.. 6.2 压升率测量 6.3 炉温均匀度测量 6.4 加热能力和热炉抽气能力试验 6.5 运动参数相对偏差测量 6.6 速度百分偏差测量 6.7 爬行量测量. 6.8晶体直径偏差测量..
检验规则. 8 标志、包装、运输和贮存
7
订购与供货
9
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表1锗单晶炉的型号和规格. JB/T12068—2014
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国工业电热设备标准化技术委员会（SAC/TC121）归口。 本标准起草单位：西安电炉研究所有限公司、国家质量监督检验中心、西安理工品体科技有限公司、
中冶电炉工程技术中心、陕西省电炉工程技术研究中心
本标准起草人：陈巨才、袁芳兰、朱琳、黄奎刚。 本标准为首次发布。
II JB/T12068—2014
TDR-Z直拉法锗单晶炉
1范围
本标准规定了对TDR-Z直拉法锗单晶炉（以下简称锗单品炉）产品的型号品种规格、技术要求、 试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存及订购和供货等。
本标准适用于直拉法拉制锗单品的品体炉。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB1502011压力容器 GB/T2900.23—2008电工术语工业电热装置 G33095—1996环境空气质量标准 GBT10066.1一2004电热设备的试验方法第1部分：通用部分 GB/T10066.4一2004电热设备的试验方法第4部分：间接电阻炉 GB/T10067.1一2005电热装置基本技术条件第1部分：通用部分 GB/T10067.4—2005电热装置基本技术条件第4部分：问接电阻炉 JB/T96911999电热设备产品型号编制方法
3术语和定义
GB/T2900.23—2008、GB/T10066.4—2004确立的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
锗单晶炉germanium mono-crystal growing furnace 在真空或在惰性气体保护下，以直拉法生长锗单晶的电子专用设备。
3.2
直拉法Czochralskimethod 又称引上法、切克劳斯基法，把高纯的多晶材料放在内并加热使之熔化，用固定在提拉轴上的籽
晶与熔融的材料相熔接，然后以一定的速度垂直向上提拉，晶体便在籽晶下端沿已确定晶向方向一一定向生长。
注：是生长晶体最常用的方法。
3.3
籽晶轴 seed shaft 实现晶体生长提拉的运动杆件，用于固定已确定晶向的籽晶夹持机构。
3.4
甘埚轴 crucible shaft 实现晶体生长熔池液面自动跟踪的运动杆件，用于固定并支撑蜗及合成材料熔液
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3.5
晶体直径控制crystaldiametercontrol 采用PLD程序或类似自动控制程序对品体生长过程中的直径尺寸进行控制的一种方式。
3.6
掺杂剂装置dopantfixture 由于半导体器件不同，半导体衬底的导电类型和电阻率也不同。在晶体生长过程中，掺入半导体材
料的非本体元素、合金或化合物痕量一一杂质控制半导体电子和空穴密度来改变导电类型、调节电阻率的方法称作掺杂，实现掺杂自的装置称作掺杂剂装置。
注：这里的掺杂仅指的是生长品体时进行的过程，不包括多晶制造时进行的过程，或者在生长单晶后用中子照射过程。
3.7
工作室尺寸dimensions of workingchamber 锗单晶炉设计时规定并在图样上标明的晶体生长室的空问尺寸，用其内径和高度表示。
3.8
熔料量chargecapacity 锗单品炉设计时规定的每炉次一次最大的装料量，不包括拉晶过程中添加的量。
3.9
工作温度 working temperature 单晶炉设计时规定的合成材料熔化及单晶从熔液中生长允许使用的温度范围。
3.10
最高加热温度maximumheatingtemperature 锗单品炉设计时规定的能够满足对加热系统（石墨加热器、石墨埚杆、石墨蜗托、石墨蜗及其屏
蔽保温系统）进行预先殿烧处理目的而需达到的加热温度。 3.11
工作区 working region 能够实现炉温稳定度控制要求的区域。通常指正常拉晶条件下加热器内甘埚液面（埚位）附近的
区域。
4产品分类
4.1 型号和规格
锗单晶炉按工作室内径尺寸分为多个型号，见表1。
表1锗单晶炉的型号和规格
单位为厘米
型号 TDR-Z50 TDR-Z60 TDR-Z62 TDR-Z80 TDR-Z100
工作室内径
50 60 62 80 100
4.2 型号含义
按JB/T9691—1999规定锗单晶炉的型号编制如下：
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D
改型代号工作室内径，单位为厘米（cm）锗单晶电阻加热单品炉特种电炉
4.3主要参数
在企业产品标准中对各个型号的锗单晶炉应分别列出以下各项参数： a）加热电源电压，单位为伏（V)： b）变压器容量，单位为千伏安（kVA）： c）加热器额定加热功率，单位为千瓦（kW)： d）加热器额定电压，单位为伏（V）： e）加热器额定加热温度，单位为摄氏度（℃）； f）冷炉极限真空度，单位为帕（Pa）； g）空炉抽气时间，单位为小时（h）： h）压升率，单位为帕每分（Pa/min）； i）晶体直径，单位为毫米（mm）： j）熔料量，单位为千克（kg）； k）籽晶拉速范围，单位为毫米每分（mm/min）； 1）籽晶转速范围，单位为转每分（r/min）； m）籽晶快速升降范围，单位为毫米每分（mm/min）； n）籽晶在炉内有效行程，单位为毫米（mm）： o）蜗升速范围，单位为毫米每分（mm/min）； p）蜗转速范围，单位为转每分（r/min）； q）埚快速升降范围，单位为毫米每分（mm/min）； r）娲在炉内有效行程，单位为毫米（mm）： s）工作室尺寸，单位为毫米（mm）； t）翻板阀通径，单位为毫米（mm）； u）冷却水压力，单位为兆帕（MPa）； v）冷却水流量，单位为立方米每小时（m/h）： w）主机外形尺寸（长×宽×高）：单位为毫米（mm）： x）主机重量，单位为千克（kg）。
5技术要求
5.1一般要求
锗单晶炉应符合GB/T10067.4一2005中第5章的规定。 5.2对设计和制造的补充要求 5.2.1总体要求
锗单晶炉主要由主机（包括炉体、籽晶提拉及旋转系统、蜗上升及旋转系统）及抽气系统、充
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气系统、液压系统、水冷系统、加热电路电源、控制装置等组成。
锗单晶炉的炉体通常为内热式水冷炉壁结构。 在锗单晶炉通电加热前，抽气系统应能把炉室抽到预定的真空度。在加热阶段，输入功率应能调节，
在冷却阶段，已拉制的单晶应能在不同真空度下和中性气体（包括情性气体，下同）中冷却。 5.2.2材料
所有处于炉室内的材料应适应设计规定的气氛、真空度、温度，并在该环境下保持稳定的成分和性能，各种材料在工作温度下相互问应不起反应。 5.2.3工作电压
锗单晶炉的工作电压在企业产品标准中规定。在工作电压范围内和正常工作条件下，炉内应不产生火花放电。 5.2.4炉壳
炉壳应采用水冷结构。筒体的设计和制造应符合GB150一2011的规定。 炉壳内表面应光洁平滑。内外壁可用不锈钢材料制成。
5.2.5炉室
锗单晶炉的加热系统应根据拉品工艺要求由用户自行设计制造。 炉室的设计应把热胀冷缩引起的变形，以及通过绝热层的热损失限制到最小程度。 为确保锗单晶炉加热元件的引出部分正常工作，设计时应采用真空密封和水冷却方式。 炉室应配备测量工作区炉室均匀度用的热电偶引出装置，其连接热电偶的数量按GB/T10066.4一
2004中6.15的要求。 5.2.6水冷系统
水冷系统应能使炉壳的筒体的表面温升不超过5.3.6的规定，同时在水压不足或压力过高时应有指示或报警信号，关键水冷部位还应具备超温报警信号。 5.2.7抽气系统
锗单晶炉的抽气系统由真空泵（或真空泵和扩散泵）、管道、阀门、冷阱、控制系统、真空计等组成。系统中应装有自动阀门，以便在发生停电事故时自动关闭，防止空气和真空泵油进入炉内。 5.2.8充气系统
锗单品炉的充气系统通常是由气体流量控制单元来实现，并应具备安全防爆装置，在锗单晶炉产品标准中可具体规定不同的充气压力数值。 5.2.9测量、控制和记录 5.2.9.1一般要求
锗单品炉的测量、控制和记录应符合GB/T10067.4一2005中5.2.9除5.2.9.6外的各项规定和以下补充规定。 5.2.9.2控制系统
锗单晶炉应配备专门的控制柜，用来安装仪器、仪表和控制元件等。控制系统应配备速度控制单元，
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温度控制单元及功率部件，计算机控制系统，电视监视系统，冷却水温度显示、报警、运行状态报警装置和继电控制单元等。 5.2.9.3炉温控制系统
锗单晶炉的炉温控制系统通常采用串级控制系统。加热电源采用晶闸管移相控制方式，加热器采用低温波、低压直流功率电源。控制系统依据温度控制程序，通过程序控制器（如Eurotherm程序控制器，是一种具有自适应和自调谐功能、对外有数字接口通信等特点的温度控制器）对加热系统加热器的PID 功能进行编程和控制。对温度控制器如有不同要求，可按9.2提出。 5.2.9.4真空仪表
锗单品炉应配备薄膜规—热偶规复合真空测量仪，或热偶规管—电离规管，用来测量0.01Pa~ 10 kPa的真空度。 5.2.9.5晶体生长控制器
锗单晶炉应配备晶体生长控制器，可采用设定温度曲线实现品体生长过程中温度自动调整，以达到晶体等直径生长。在锗单晶炉的产品标准中应具体规定品体等径部分的允许直径偏差。 5.2.9.6自动化水平
锗单晶炉应采用计算机控制。产品的主要技术功能（速度控制、温度控制、晶体直径控制等）应完善可靠；辅助技术功能（电视监控、水温巡检及超温报警、引晶接触等）应配置齐全。整个拉晶工艺过程可为用户提供使用方便、人机交互界面友好、功能强大的软件，用于操作的控制方式较多，便于实现拉晶工艺过程自动化控制。 5.2.9.7报警和保护装置
锗单晶炉应具备安全保障措施：自动监控的炉室充、排气过程；炉室压力的监控和超压自排放控制：冷却水流量、温度监控以及在低流水量或超温时的加热器功率关闭控制：全自动温度监控系统并提供故障下的加热器功率关闭控制；机械运行行程报警与保护；手动应急故障处理装置：控制系统的不间断电源设备（UPS）等。 5.2.10速度控制系统
锗单晶炉的速度控制系统，通常采用12A8脉宽调速控制器及外围电路。依据速度控制程序，通过速度控制器（具有手动和自动两种操作方式）对晶体生长速度进行控制。整个速度控制系统采用数字控制方式，可以确保在长期工作状态下的速度精度和可靠性。 5.2.11废气采集及处理设备
锗单晶炉应配备废气采集和处理设备（粉尘捕集器和过滤器），工作场地环境应符合GB30951996 大气环境质量标准的规定。 5.2.12掺杂剂掺杂装置
锗单晶炉应具备掺杂剂痕量加入的掺杂装置。 5.3性能要求 5.3.1一般要求
锗单晶炉的性能应符合GB/T10067.4一2005中5.3和以下各要求。
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