CN101333687A

CN101333687A - 梯度型温度场发热体

Info

Publication number: CN101333687A
Application number: CNA2008101002884A
Authority: CN
Inventors: 徐军; 曾金穗; 李红军; 董永军; 李明远; 林岳明
Original assignee: YANGZHOU HUAXIA INTEGRATED PHOTOELECTRIC CO Ltd
Current assignee: YANGZHOU HUAXIA INTEGRATED PHOTOELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2008-12-31

Abstract

本发明涉及一种梯度型温度场发热体，具体涉及到一种应用于晶体生长炉中可以有效建立合适的温度梯度场的发热体，属于结晶工艺技术领域，主要特点是将若干具有一定纵截面和横截面形状的发热片合理地组合起在一起，形成一个或多个电流通路，在不同阻值的部分产生不同的热量，如此在生长区可以产生一定的温度梯度；并且可以通过调整发热片的截面形状和高度来灵活地调整温场的分布，本发明在晶体生长炉中使用时只需要一套温度控制装置，不仅简化了操作，降低了成本，还有利于保持温场的稳定，本发明特别适用于下降法、温度梯法、电阻加热提拉法、布里奇曼法、热交换法晶体生长炉，也适用于其它需要有温度梯度分布的热处理装置中。

Description

梯度型温度场发热体

技术领域

本发明涉及一种梯度型温度场发热体，具体涉及到一种应用于晶体生长炉中可以有效建立合适的温度梯度场的发热体，属于结晶工艺技术领域。

背景技术

生长高质量晶体的一个很重要的条件就是要有一个合适的温度场。生长系统中的温度的分布或者说晶体中、熔体中以及固-液界面上的温度梯度对晶体的质量有决定性的影响。然而，不同的晶体有不同的特性，需要控制的主要缺陷也往往不同，它们对于温场条件的要求自然也不相同。因此，所谓合适的温场并没有一个严格的判据。一般来说，对于掺杂晶体需要有大的温度梯度(特别是界面附近)，而不掺杂的晶体或者容易开裂的晶体，采用较小的温度梯度；另外，一般采用平的(或微凸)的界面来生长晶体时，则有助于晶体均匀性的改善。不过，在特定的条件下，采用凸界面生长晶体也有它有利的一面。总之，一个优化的生长系统要求温场具有较灵活的可调节性，以满足不同晶体的生长需要。

晶体生长过程中温度场的分布主要由保温层的构造、坩埚在发热体中的位置以及冷却介质的流量等因素决定。其中改变坩埚的位置及冷却介质的流量对温场的调节效果有限，而改变保温层的设置虽然可以达到较为理想的调节效果，但其实现周期较长，且需要耗费相当的人力物力。值得注意的是，晶体生长所需的热量是由发热体产生并通过辐射的方式施加至生长区的，如能使发热体直接产生温度梯度，则是调节温场分布最为有效的方法。

目前，在电阻加热的提拉法(参见Chemical Engineering Science2004，59：1437~1457)、热交换法(参见Journal of Crystal Growth1979，46：601-606)、温梯法(参见Journal of Crystal Growth 1998，193：123-126)等晶体生长炉中多采用简单的波浪式回路发热体，这种发热体自身不产生温度梯度；在多发热体提拉法、布里奇曼法和双加热温梯法中，虽然可以采用石墨或硅钼材料构成多个分立的发热体来产生温度梯度，但它大大增加了设备的成本和控制的难度，也影响温场的稳定性。

发明内容

本发明的目的是改进上述现有发热体的设计，使其能方便快捷地建立生长优质晶体所需的温场，并且增加温场设计的灵活性，对加热元件进行简单的调整就可以适用于不同种类晶体生长，提供可以经济、快捷地建立合适温场的一种梯度型温度场发热体。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种梯度型温度场发热体，其特征是所述发热体由纵截面上下具有不同厚度、横截面具有不同弧度的不同阻值的发热辐条构成，发热辐条上设置的隔断槽构成发热体的一个或多个电流通路。

所述纵截面上下具有不同厚度、横截面具有不同弧度的不同阻值的发热辐条至少由四组自上而下依次连接，依次连接的发热辐条上设置的空隙构成隔断槽。

不同阻值发热辐条相互间铆接或焊接连接。

各组发热辐条至少有两块发热片，各块发热片具有相同的内径，各组发热片具有不同的弧角，各块发热片截面近似正梯形，两斜边为直线或为曲线，最上一组中一块发热片的下端面与下一组两块相互间留有空隙的发热片的上端面相连形成“n”型元件；再将两块相互间留有空隙的“n”型元件的下端面与下一组中一块发热片的上端面相连形成“m”型元件；将多个“m”型元件首尾相连形成发热筒。

各组发热辐条中的发热片弧角自上而下依次为≤90°、≤45°、≤90°、≤180°。

各组发热辐条中的发热片的高度比例为1∶0.5-5∶0.5-2∶0.8-6。

每组发热辐条的发热片纵截面上下厚度过渡为直线、或为曲线。

本发明通过将若干具有一定纵截面和横截面形状的发热片合理地组合起在一起，形成一个或多个电流通路，在不同阻值的部分产生不同的热量，如此在生长区可以产生一定的温度梯度；并且可以通过调整发热片的截面形状和高度来灵活地调整温场的分布，本发明在晶体生长炉中使用时只需要一套温度控制装置，不仅简化了操作，降低了成本，还有利于保持温场的稳定，本发明特别适用于下降法、温度梯法、电阻加热提拉法、布里奇曼法、热交换法晶体生长炉，也适用于其它需要有温度梯度分布的热处理装置中。

附图说明

图1为本发明剖视结构示意图；

图2为几种典型发热体的截面结构示意图；

图3为图2所描述几种发热体应用于晶体生长炉时生长区内轴向温度分布示意图；

图中，A、B、C、D为发热辐条，H_A、H_B、H_C、H_D为发热辐条高度，1#、2#、3#、4#、5#表示几种不同纵截面厚度，T₁、T₂、T₃、T₄、T₅表示纵截面厚度，E为隔断槽。

具体实施方式

结合附图和实施例进一步说明本发明，如图1所示，本发明由纵截面上下具有不同厚度、横截面具有不同弧度的不同阻值的发热辐条构成，发热辐条上设置的隔断槽构成发热体的一个或多个电流通路，采用石墨或钼或钨发热体材料。

所述热体至少由四组发热辐条A、B、C、D构成，它们的高度分别为H_A、H_B、H_C、H_D，分别介于0与发热体的总高度之间，改变它们之间的高度比来实现对温场的调整。发热辐条A包括多块内径为D、弧角θA≤90°的发热片，截面形状近似梯形：上边长为L₁，下边长为L₂，且L₂≥L₁，两斜边可为直线，也可以弧线；发热辐条B包括多块内径为D、弧角θ_B≤45°的发热片，截面形状近似梯形：上边长为L₂，下边长为L₃，且L₃≥L₂，两斜边可为直线，也可为弧线；发热辐条C包括多块内径为D、弧角θ_C≤90°的发热片，截面形状近似梯形：上边长为L₃，下边长为L₄，且L₄≥L₃，两斜边可为直线，也可为弧线；发热辐条D包括二块内径为D、弧角θ_D≤180°的发热片，截面形状近似梯形：上边长为L₄，下边长为L₅，且L₅≥L₄，两斜边可为直线，也可为弧线。分别将一个发热辐条A中的发热片下表面与两个发热辐条B的上表面相连，并保持两个发热辐条B之间留有隔断槽E，共形成多个“n”型的元件；再将两个“n”型元件中相邻的B发热片的下表面与元件C的上表面相连，形成“m”型的元件，并保持“n”型元件之间留有隔断槽E；如此将多个“m”型元件首尾相连，形成一个发热筒；将上述发热筒中两个相对的元件C的下表面与元件D的上表面相连，如此即形成一个完整的发热体。发热元件之间的连接可以通过焊接、铆接等方式，也可以通过对完整的发热筒开槽时保持连接部分不割断来实现。

实施例1：

如图2中1#所示，采用高纯石墨电阻发热材料制成半径为R＝60mm，H＝300mm的发热筒。按照图1中隔断槽E的走向对发热体进行开槽，其中：H_A＝50mm，H_B＝120mm，H_C＝50mm，H_D＝40mm；T₁＝2.2mm，T₂＝2.5mm，T₃＝4mm，T₄＝5mm，T₅＝5mm。其中截面厚度T2到T3的过渡为直线。制备完成的发热体置于晶体生长炉中，关闭炉膛，抽真空，充完气后升温，晶体生长区的温度分布情况，如图3中的1#线。

实施例2：

如图2中2#所示，采用高纯石墨电阻发热材料制成半径为R＝60mm，H＝300mm的发热筒。按照图1中槽的走向对发热体进行开槽，其中：H_A＝50mm，H_B＝120mm，H_C＝50mm，H_D＝40mm；T₁＝2.5mm，T₂＝3mm，T₃＝4.5mm，T₄＝5mm，T₅＝5mm。其中截面厚度T2到T3的过渡为凹线。制备完成的发热体置于晶体生长炉中，关闭炉膛，抽真空，充完气后升温，晶体生长区的温度分布情况，如图3中2#线。

实施例3：

如图2中3#所示，采用高纯石墨电阻发热材料制成半径为R＝60mm，H＝300mm的发热筒。按照图1中槽的走向对发热体进行开槽，其中：H_A＝50mm，H_B＝120mm，H_C＝50mm，H_D＝40mm；T₁＝2.5mm，T₂＝3mm，T₃＝4.5mm，T₄＝5mm，T₅＝5mm。其中截面厚度T2到T3的过渡为直线。制备完成的发热体置于晶体生长炉中，关闭炉膛，抽真空，充完气后升温，晶体生长区的温度分布情况，如图3中3#线。

实施例4：

如图2中4#所示，采用高纯石墨电阻发热材料制成半径为R＝60mm，H＝300mm的发热筒。按照图1中槽的走向对发热体进行开槽，其中：H_A＝50mm，H_B＝120mm，H_C＝50mm，H_D＝40mm；T₁＝2.5mm，T₂＝3mm，T₃＝4.5mm，T₄＝5mm，T₅＝5mm。其中截面厚度T2到T3的过渡为凸线。制备完成的发热体置于晶体生长炉中，关闭炉膛，抽真空，充完气后升温，晶体生长区的温度分布情况，如图3中4#线。

实施例5：

如图2中5#所示，采用高纯石墨电阻发热材料制成半径为R＝60mm，H＝300mm的发热筒。按照图1中槽的走向对发热体进行开槽，其中：H_A＝50mm，H_B＝120mm，H_C＝50mm，H_D＝40mm；T₁＝3mm，T₂＝3.5mm，T₃＝5mm，T₄＝5mm，T₅＝5mm。其中截面厚度T2到T3的过渡为直线。制备完成的发热体置于晶体生长炉中，关闭炉膛，抽真空，充完气后升温，晶体生长区的温度分布情况，如图3中5#线。

Claims

1、一种梯度型温度场发热体，其特征是所述发热体由纵截面上下具有不同厚度、横截面具有不同弧度的不同阻值的发热辐条构成，发热辐条上设置的隔断槽构成发热体的一个或多个电流通路。

2、根据权利要求1所述的梯度型温度场发热体，其特征是所述纵截面上下具有不同厚度、横截面具有不同弧度的不同阻值的发热辐条至少由四组自上而下依次连接，依次连接的发热辐条上设置的空隙构成隔断槽。

3、根据权利要求2所述的梯度型温度场发热体，其特征是不同阻值发热辐条相互间铆接或焊接连接。

4、根据权利要求2所述的梯度型温度场发热体，其特征是各组发热辐条至少有两块发热片，各块发热片具有相同的内径，各组发热片具有不同的弧角，各块发热片截面近似正梯形，两斜边为直线或为曲线，最上一组中一块发热片的下端面与下一组两块相互间留有空隙的发热片的上端面相连形成“n”型元件；再将两块相互间留有空隙的“n”型元件的下端面与下一组中一块发热片的上端面相连形成“m”型元件；将多个“m”型元件首尾相连形成发热筒。

5、根据权利要求2或4所述的梯度型温度场发热体，其特征是各组发热辐条中的发热片弧角自上而下依次为≤90°、≤45°、≤90°、≤180°。

6、根据权利要求2或4所述的梯度型温度场发热体，其特征是各组发热辐条中的发热片的高度比例为1∶0.5-5∶0.5-2∶0.8-6。

7、根据权利要求2或4所述的梯度型温度场发热体，其特征是每组发热辐条的发热片纵截面上下厚度过渡为直线、或为曲线。