激光无坩埚晶体生长：电动汽车与光伏发电的未来能源技术

电动汽车和光伏发电作为未来能源技术的代表，对高纯度半导体晶体的需求日益增长。在这一领域，晶体直径达到2英寸的生产变得与工业应用密切相关。如今，来自日本和德国的研究人员联手开发出一种革命性的基于激光的工艺，用于生产高纯度半导体晶体，而无需传统的坩埚。

德国亚琛的弗劳恩霍夫激光技术研究所的团队成功开发了一种适用于20 kW激光器的工艺适应光学系统，将激光应用于晶体生长过程。

过去，采用基于坩埚的传统方法，如直拉法和边缘定义的薄膜进料生长工艺，用于生产氧化镓晶体。然而，这些方法存在着坩埚材料扩散导致的晶体纯度限制。

激光工艺通过以辐射形式提供热量，避免了熔体污染，将多晶起始材料重新熔化成高纯度的单晶。相比之下，与加热灯相比，激光发射具有更长期的稳定性，且仅在一个方向上发射辐射，使热输入更加有针对性。

使用超过5 kW的激光功率生长晶体是新颖的尝试。为此，弗劳恩霍夫激光技术研究所(ILT)专门开发了水冷高性能光学系统，确保激光发射的辐射均匀地加热晶体。

高性能光学系统特点

水冷技术： 光学系统采用水冷技术，确保系统长时间稳定运行。

功率分配： 辐射被分成五个部分光束，每个光束最大功率为4 kW。

均匀加热： 部分光束通过大型水冷镜偏转，均匀地加热晶体，确保直径的一致性。

光学器件在德国亚琛建立和表征，然后转移到日本的项目合作伙伴。这种国际合作通过视频会议进行调试，取得了令人满意的效果。项目经理Martin Traub博士表示：“通过视频会议进行调试确实是一种新奇事物，但效果很好。测试阶段非常成功，系统一直可靠运行，直到项目计划结束。”

日本筑波科学城国家先进工业科学技术研究所的项目合作伙伴Toshimitsu Ito博士在LDFZ工艺方面积累了丰富的经验。新的20 kW系统使得生长直径可达30毫米的氧化镓晶体成为可能，创下有史以来使用无坩埚生长工艺生产的最大氧化镓晶体。

激光无坩埚晶体生长技术的成功开发为电动汽车和光伏发电提供了可靠的高纯度半导体晶体。这一技术的突破将有望推动未来能源技术的发展，为电力电子设备的性能提升和产业应用提供更可靠的支持。在不断创新的道路上，我们期待看到这项技术在更广泛的领域发挥作用，为清洁能源未来注入更多活力。