CN103194789B - 带有炉口温场维护机构的布里奇曼法单晶生长装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有炉口温场维护机构的布里奇曼法单晶生长装置，属于单晶生长领域。为避免炉口温场扰动，该布里奇曼法单晶生长行业人员习惯地紧闭车间门窗，该习惯，使得车间内有毒气体大量积聚，该状况对相关生产人员构成危害。本案旨在化解该问题。本案装置的结构包括一个布里奇曼法单晶生长炉，要点是，在该布里奇曼法单晶生长炉的周边环绕装设有挡风屏，该挡风屏由一些屏状物组合而成，这些屏状物可以借由滑轮及轨道机构的结合实现轻推之下的滑移运动，由此达成挡风屏的关闭动作或开启动作。当采用本案装置生长单晶时，车间工作人员可以放心地打开车间的门、窗，让车间内外的空气流通，而不用再担心炉口及其周边空气温场发生大幅扰动。

Description

带有炉口温场维护机构的布里奇曼法单晶生长装置

技术领域

本发明涉及一种带有炉口温场维护机构的布里奇曼法单晶生长装置，属于C30B单晶生长领域。

背景技术

坩埚下降单晶生长法，又称布里奇曼单晶生长法，是一种常用的单晶生长方法。用于单晶生长用的材料装在圆柱型的坩埚中，缓慢地下降，并通过一个具有一定温度梯度的加热炉，炉温控制在略高于材料熔点附近。根据材料的性质加热器件可以选用电阻炉或高频炉。在通过加热区域时，坩埚中的材料被熔融，当坩埚持续下降时，坩埚底部的温度先下降到熔点以下，并开始结晶，单晶随坩埚下降而持续长大。

坩埚下降法单晶生产车间通常用来生产大尺寸的工业用途的大单晶，关于这一点，对于单晶生长领域的人员而言，是公知的。

在采用坩埚下降法生产的各型单晶中，有相当一部分涉及有毒元素，所述有毒元素例如铅、镉、碲、汞等，更具体地，相关单晶例如，二氧化碲单晶，钨酸镉单晶、亚碲酸铋单晶，等等。在使用坩埚下降法生产单晶的过程中，为保持单晶生长炉腔区的温场稳定，以期生长出结晶良好的单晶，通常还要求坩埚下降法单晶生长装置周边空气的温场稳定，因为，单晶生长炉腔区其空气氛与装置外部空气之间有一个接壤的空气过渡区，装置外部空气温场的稳定通常被认为是有利于在更精细的层面上支持单晶生长炉腔区的温场稳定，基于这一考虑，坩埚下降法单晶生产车间通常是门窗紧闭，处于空气流通不畅、很少更新的状态，在此单晶生长过程中，生产人员仍需要间隔时段地进入所述车间内监察单晶生长情况。多数的单晶生长情形中，所用坩埚是敞口坩埚，而在使用封口坩埚的情形下，由于高温高压及化学侵蚀作用，常发生坩埚封口被突破的情况，此时的封口坩埚与敞口坩埚并无实质上的不同，上文已述及，此单晶生长法常涉及有毒元素，在高温区间，这些有毒元素在与空气接触的条件下，常生成在高温下具有一定挥发性的有毒物质，关于这一点，对于化学专业人员来说，无须赘言，这些挥发性有毒物质顺着炉子内外的所述空气过渡区扩散到所述车间的室内空气中，这类有毒物质其毒性有多大，对于化学专业人员来说，亦无须赘言，这类混杂于车间空气中的有毒物质无色、无味，不易觉察，问题还在于，为保持车间内部空气温场稳定而紧闭车间门窗的习惯性做法使得上述有毒物质在车间空气中进一步积聚到更为有害的浓度。相关生产人员进出于这样的有毒空气氛中，其所受到的健康损害不言而喻。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对上述坩埚下降法单晶生产车间存在的有毒元素污染车间空气的状况，研发出一种既能够保持炉口周边空气温场基本稳定，又能够保护相关生产人员使其免受有毒空气损害的新型坩埚下降法单晶生长装置。

本发明通过如下方案解决所述技术问题，该方案提供的是一种带有炉口温场维护机构的布里奇曼法单晶生长装置，该装置的结构包括一个布里奇曼法单晶生长炉，重点是，在所述布里奇曼法单晶生长炉的周边环绕装设有挡风屏，该挡风屏用于稳定所述布里奇曼法单晶生长炉炉口周边的空气温场，该挡风屏由一些屏状物组合而成，该屏状物的底边装设有一些滑轮，该屏状物的底边经由滑轮与装设在地面的圆弧状轨道滑移邻接，该屏状物的横断面轮廓呈弧线状，装设在地面的圆弧状轨道沿地面环绕在布里奇曼法单晶生长炉周边，该圆弧状轨道的数量在一条以上，每一条圆弧状轨道至少承载一片所述屏状物。所述布里奇曼法单晶生长炉其技术含义是公知的。所述挡风屏环绕在布里奇曼法单晶生长炉周边，阻挡周边空气扰动，维护所述炉口周边空气温场稳定。所述屏状物可以在外力轻推之下，沿所述轨道滑移、挪动，从而开启足够大的观察空间及操作空间，而在相关操作、观察结束之后，又能够通过轻推所述屏状物，使之滑移、挪动并回到关闭状态。

所述滑轮及与之匹配的滑移轨道，市场有售；有很多型号的滑轮及与之匹配的滑移轨道可供选择；市售的滑移轨道可以根据需要弯绕成所需形状；与之匹配的所述滑轮的数量不限，所述滑轮的数量例如三个、四个、五个、六个、十个、二十个，三十个、六十个，等等。

为进一步精细地稳定所述炉口周边的空气温场，还可以在所述屏状物内侧及外侧邻近底边的位置均装设裙状物，该裙状物由柔性材料构成，所述柔性材料是橡胶、无纺布或石棉布，该裙状物用于严密阻挡所述底边位置的缝隙漏风。

所述屏状物的数量不限，所述屏状物的数量例如二个、三个、四个、五个、六个，等等，结构中的屏状物的数量可以根据需要设定。

圆弧状轨道的数量在一条以上，圆弧状轨道的数量例如可以是两条、三条、四条、五条、六条，等等，圆弧状轨道的数量可以根据实际需要设定。

所述圆弧状轨道既可以是非闭合的一段圆弧状轨道；所述圆弧状轨道也可以是闭合的形成圆圈的圆弧状轨道。

每一条圆弧状轨道至少承载一片所述屏状物，例如，每一条圆弧状轨道可以承载一片的屏状物、两片的屏状物、三片的屏状物、四片的屏状物、五片的屏状物，等等，每一条圆弧状轨道承载的屏状物的数量可以根据实际需要设定。

为避免出于观察目的而过于频繁地推移所述屏状物，可以在所述屏状物上开设透明观察窗，基于该考虑，至少有一片的屏状物是带有透明观察窗的屏状物，该透明观察窗的形状是圆形、椭圆形、方形或矩形，该透明观察窗的材质是有机玻璃或无机玻璃。所述透明观察窗不是必须的。另外，在每一片所述屏状物上都装设所述透明观察窗，也是可以的，当然这种普遍开设透明观察窗的结构方式不是必须的。

本案装置当然还可以包括一些附件，所述附件例如，通过电缆与所述布里奇曼法单晶生长炉炉内电热棒联接的自动温度控制器；又例如，通过电缆与坩埚升降装置电机联接的电源开关装置；以及，坩埚升降装置旁边装设的参照用标尺，等等。

本发明的优点是，装置的结构包含了环绕布里奇曼法单晶生长炉主体的挡风屏，该挡风屏能够通过轻推滑移开启，由于该挡风屏的存在，使得炉口周边的空气温场得以维持稳定，当采用本案装置生长单晶时，车间工作人员就可以放心地打开车间的门、窗，让车间内外的空气流通，而不用担心所述炉口周边温场受到大幅扰动，本案技术方案避免了来自单晶生长炉的有毒空气在车间内的高浓度积聚，相关单晶生产人员因此可以避免长期吸入有毒气体，这对于维护相关单晶生产人员的健康是有益的。本案技术方案看似简单，但却打破了该领域该行业从业人员包括专业研究人员的长期以来的行为惯例。

附图说明

图1示意地展示挡风屏与布里奇曼法单晶生长炉主体之间的相对位置关系，其中，虚线表示挡风屏的位置及其大略的轮廓。

图2用虚线示意地展示由三片屏状物围绕而成的挡风屏，其中，每一片屏状物都可以轻推滑移，由此方式实现挡风屏的开启或挡风屏的闭合，图中的箭头符号分别显示其邻近的屏状物的滑移运动方式及滑移运动方向。

图3以局部纵向截面图的方式来显示屏状物底边位置的结构形态。

图中，1是布里奇曼法单晶生长炉，2是坩埚升降装置，3是用于埋置白金坩埚的高铝陶瓷筒，4是所述炉口的位置，5是以虚线显示其大略轮廓的挡风屏，6是局部放大显示的屏状物，7是滑轮，8、11分别是装设于屏状物内外两侧底边位置的裙状物，9是装设有轨道的地面，10是装设于地面的轨道，此外，附图中出现的箭头符号分别显示其邻近的屏状物的滑移运动方式及滑移运动方向。

具体实施方式

图1、图2、图3的集合，大略地展示了本案的一个实施例，本例装置的结构包括一个布里奇曼法单晶生长炉1，在布里奇曼法单晶生长炉1的周边环绕装设有挡风屏5，挡风屏5用于稳定布里奇曼法单晶生长炉1炉口4周边的空气温场，挡风屏5由一些屏状物组合而成，图例2中显示的是由三片屏状物组合而成的挡风屏，屏状物的底边装设有一些滑轮7，屏状物的底边经由滑轮7与装设在地面9的圆弧状轨道10滑移邻接，屏状物的横断面轮廓呈弧线状，装设在地面9的圆弧状轨道10沿地面9环绕在布里奇曼法单晶生长炉1的周边，圆弧状轨道10的数量在一条以上，图例3中没有显示其它并列的滑移轨道，每一条圆弧状轨道10至少承载一片屏状物。图例中没有绘出所述自动温度控制器。图例中也没有绘出所述电源开关以及所述参照用标尺等附件。图例中也没有绘出该单晶生长炉内部电热元件的配置结构。

在屏状物内侧及外侧邻近底边的位置均可装设裙状物，在图例3中显示的裙状物分别是裙状物8和裙状物11，裙状物8以及裙状物11都是由柔性材料构成，该柔性材料可以是橡胶、无纺布或石棉布，裙状物8以及裙状物11是用于严密阻挡所述底边位置的缝隙漏风。这是因为内部的热空气具有向上升腾的倾向，这会产生一定的向上抽提空气的力量，结构中的裙状物8以及裙状物11的存在，有助于遏制屏状物底边滑轮与轨道之间的缝隙漏风，以此方式实现空气扰动的进一步弱化。

屏状物上也可以开设有透明观察窗，该透明观察窗不是必须的。图例中也没有绘出该透明观察窗。

Claims (4)

1.带有炉口温场维护机构的布里奇曼法单晶生长装置，该装置的结构包括一个布里奇曼法单晶生长炉，其特征是，在所述布里奇曼法单晶生长炉的周边环绕装设有挡风屏，该挡风屏用于稳定所述布里奇曼法单晶生长炉炉口周边的空气温场，该挡风屏由一些屏状物组合而成，该屏状物的底边装设有一些滑轮，该屏状物的底边经由滑轮与装设在地面的圆弧状轨道滑移邻接，该屏状物的横断面轮廓呈弧线状，装设在地面的圆弧状轨道沿地面环绕在布里奇曼法单晶生长炉周边，该圆弧状轨道的数量在一条以上，每一条圆弧状轨道至少承载一片所述屏状物。

2.根据权利要求1所述的带有炉口温场维护机构的布里奇曼法单晶生长装置，其特征是，在所述屏状物内侧及外侧邻近底边的位置均装设有裙状物，该裙状物由柔性材料构成，所述柔性材料是橡胶、无纺布或石棉布，该裙状物用于严密阻挡所述底边位置的缝隙漏风。

3.根据权利要求1所述的带有炉口温场维护机构的布里奇曼法单晶生长装置，其特征是，至少有一片的屏状物是带有透明观察窗的屏状物，该透明观察窗的形状是圆形、椭圆形、方形或矩形，该透明观察窗的材质是有机玻璃或无机玻璃。

4.根据权利要求1所述的带有炉口温场维护机构的布里奇曼法单晶生长装置，其特征是，所述圆弧状轨道是闭合的形成圆圈的圆弧状轨道。