CN101070608B - 旋转多坩埚下降法晶体生长系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋转多坩埚下降法晶体生长系统，它包括：晶体炉、坩埚及其支撑装置，其中晶体炉包括炉体，炉膛和发热体；坩埚支撑装置包括升降台，位于升降台上的坩埚导向管支架和导向管支架上的坩埚导向管，与升降台连接的引下装置，与引下装置连接的升降电机和电源，其中导向管支架和导向管之间设置有紧固装置，坩埚置于坩埚导向管内；其中的坩埚支撑装置是可旋转多坩埚支撑装置。采用本发明可以有效提高生长晶体的质量，而且可以生长出高质量的掺杂晶体，同时还能够生长获得现有多坩埚下降生长技术很难获得的圆形晶体。

Description

旋转多坩埚下降法晶体生长系统
技术领域
本发明涉及一种晶体生长系统，特别涉及一种旋转多坩埚下降法晶体生长系统。
背景技术
现有多坩埚下降法晶体生长技术中晶体(如钨酸铅晶体、Sb2O3掺杂钨酸铅晶体、Nb2O5掺杂钨酸铅晶体)生长系统主要采用多坩埚下降法晶体生长系统，其中的生长坩埚支撑装置可以在控制设备控制下，按照要求带动坩埚向下运动实现晶体生长，这种系统中通过在一个方向延长炉膛尺寸，使炉膛中能够同时容纳多根晶体生长。这样形成的准长方形径向温度场在生长外观为方形的钨酸铅晶体等获得初步成功。但是这种晶体生长系统中坩埚支撑装置只能够带动生长坩埚上下运动，晶体生长时由于熔体和晶体相对静止不动，熔体中只存在着自然对流和扩散，其主要动力是晶体生长界面处和熔体中粒子浓度梯度、温度梯度以及重心引力。这种只依靠自然对流和扩散作用输运生长粒子的熔体中粒子输运速率慢、效率不高，在生长组分较简单、组分离子有效分凝系数接近、生长界面处晶体组成和熔体组成相近、对熔体中粒子输运要求不高的晶体时可以胜任。当生长组分较复杂、界面处晶体组成和熔体组成相差较大、组分离子有效分凝系数有明显差别的晶体时，熔体粒子输运力能力不足会使生长界面熔体不能及时得到晶体生长需要的粒子、界面不需要的粒子(如排杂产生的杂质粒子)不能够及时转移，在界面熔体中逐渐积累浓度过大，这些都会导致晶体中缺陷过多，甚至会出现异相包裹物等严重宏观缺陷，或在生长掺杂晶体时会出现掺杂离子在晶体中浓度分布不均匀等严重结果，导致晶体质量变坏。而且这种生长系统中炉膛径向温度场不对称，导致坩埚中径向温度场不对称，对晶体生长产生不利影响，直接结果是生长圆柱形外观单晶体困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种旋转多坩埚下降法晶体生长系统，可以有效提高生长晶体的质量，而且可以生长出高质量的掺杂晶体，同时还能够生长获得现有多坩埚下降生长技术很难获得的圆形晶体。
本发明所采用的技术方案是：一种旋转多坩埚下降法晶体生长系统，包括：晶体炉、坩埚及其支撑装置，其中晶体炉包括炉体，炉膛和发热体；坩埚支撑装置包括升降台，位于升降台上的坩埚导向管支架和导向管支架上的坩埚导向管，与升降台连接的引下装置，与引下装置连接的升降电机和电源，其中导向管支架和导向管之间设置有紧固装置，坩埚置于坩埚导向管内；坩埚支撑装置是可旋转多坩埚支撑装置，每个导向管支架的下端设置有旋转轴，旋转轴贯穿升降台，旋转轴下端伸出升降台的部分分别连接有互相啮合的齿轮，其中一个旋转轴比其它旋转轴长，该较长旋转轴上的齿轮通过联轴器连接一固定在升降台上的旋转电机。
由于采用可旋转的多坩埚支撑装置，因此在晶体生长时可根据需要调节旋转轴转速和方向，使坩埚导向管内的坩埚能够按照一定程序进行变速旋转，生长中生长出的刚性晶体和坩埚壁在旋转导向管机械转动的带动下与旋转电机同步，由于惯性作用，液态的熔体与晶体以及坩埚壁产生相对运动，产生与提拉法类似的对熔体的搅拌作用，使熔体产生强迫对流，强迫对流的产生能够大大改善熔体中物料输运状况，使晶体生长固液界面粒子与生长中的晶体界面和熔体的粒子交换得以解善，生长中的晶体能够获得需要的粒子，排杂产生的不需要的粒子可以及时排到熔体中，这对提高晶体的完整性、提高晶体质量十分有利。
另外，本发明在使生长熔体产生强迫对流动同时，使晶体生长的径向温度对称性增加。虽然坩埚导向管的旋转对炉体的径向温度场对称性改善的效果不十分明显，但是旋转的每根导向管内坩埚内部的径向温度对称情况会大大改善，得到这种效果的原因是旋转的导向管的同一高度的各个面在一段时间所经历的温度变化情况完全相同，导向管内管壁与生长坩埚壁之间的保温粉的保温缓冲作用使坩埚的温度得到相对稳定，使坩埚内径向温度场基本能够保持对称，得到与提拉法生长技术相类似的圆形径向对称温度场。由于温度梯度是晶体生长的主要驱动力，对称的径向温度场有利于生长中的固液界面在径向对称，晶体在各方向发育得到的温度驱动力相近似，大大提高生长的晶体质量。因此应用本发明能够生长熔体组成相对复杂、组分离子有向分凝系数有一定差别、或者掺杂的晶体，同时还能够生长获得现有多坩埚下降生长技术很难获得的圆形晶体。
本发明的有益效果是：
采用本发明可以有效提高生长晶体的质量，而且可以生长出高质量的掺杂晶体，同时还能够生长获得现有多坩埚下降生长技术很难获得的圆形晶体。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图；
图2是本发明坩埚及其支撑装置放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1、图2所示，本发明一实施例的一种旋转多坩埚下降法晶体生长系统，包括：晶体炉1、坩埚2及其支撑装置3，其中晶体炉4包括炉体4，炉膛6和发热体5；坩埚支撑装置3包括升降台301，位于升降台301上的坩埚导向管支架302和导向管支架上的坩埚导向管303，与升降台连接的引下装置304，与引下装置304连接的升降电机305和电源306，其中导向管支架302和导向管303之间设置有紧固装置307，坩埚2置于坩埚导向管303内；所述的坩埚支撑装置3是可旋转多坩埚支撑装置，每个导向管支架302的下端设置有旋转轴308，旋转轴308贯穿升降台301，旋转轴308下端伸出升降台的部分分别连接有互相啮合的齿轮309，其中一个旋转轴比其它旋转轴长，该较长旋转轴上的齿轮通过联轴器310连接一固定在升降台上的旋转电机311。发热体根据生长不同晶体需要可以替换。
为了有效控制结晶时坩埚的转速和方向，本实施例中所述的旋转电机311和电源306之间连接有数字变频器312。
但是在实际应用中，可旋转坩埚支撑装置的引进在晶体生长系统中也会产生一种负面效果，旋转的导向管会在炉膛中产生向上的气流，转速越快这种效应就越明显。气流和旋转的导向管都会对炉膛中的温度场产生影响，尤其是径向等温面的形状会发生较大改变，沿导向管壁产生的气流会使导向管的传热加快。这些影响都会对坩埚内温度场分布产生作用，影响生长中固液界面的径向对称。这些影响随着导向管的旋转速率降低迅速降低，也可以采用加厚导向管内保温层的厚度来减小这一不利因素的影响。

Claims (3)

1.一种旋转多坩埚下降法晶体生长系统，包括：晶体炉，坩埚及其支撑装置，其中晶体炉包括炉体，炉膛和发热体；坩埚支撑装置包括升降台，位于升降台上的坩埚导向管支架和导向管支架上的坩埚导向管，与升降台连接的引下装置，与引下装置连接的升降电机和电源，其中导向管支架和导向管之间设置有紧固装置，坩埚置于坩埚导向管内；其特征在于：所述的坩埚支撑装置是可旋转多坩埚支撑装置，每个导向管支架的下端设置有旋转轴，旋转轴贯穿升降台，旋转轴下端伸出升降台的部分分别连接有互相啮合的齿轮，其中一个旋转轴比其它旋转轴长，该较长旋转轴上的齿轮通过联轴器连接一固定在升降台上的旋转电机。
2.如权利要求1所述的旋转多坩埚下降法晶体生长系统，其特征在于：所述的发热体根据生长不同晶体需要可以替换。
3.如权利要求1所述的旋转多坩埚下降法晶体生长系统，其特征在于：所述的可旋转多坩埚支撑装置中旋转电机和电源之间连接有数字变频器。
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