CN103898598B - 晶体生长装置 - Google Patents

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Abstract

一种晶体生长装置，其包括第一箱体以及第二箱体，该第一箱体包括第一本体并于该第一本体内开设有长晶室，该第二箱体包括第二本体以及提拉杆，该第二本体内开设有冷却腔体及转移腔体，该提拉杆上可拆卸地装设有第一籽晶杆，该晶体生长装置还包括装设于该第二本体内的控制机构，该控制机构包括转移件以及邻近该转移件活动装设于该第二本体内的隔开组件，该隔开组件将该转移腔体及该冷却腔体隔开，该第二箱体还包括隔板以及第二籽晶杆，该隔板活动地置于该转移腔体内以将该转移腔体与该长晶室隔开，该隔开组件能够移动以使该转移腔体与该冷却腔体连通，以供该转移件转动将该第一籽晶杆与该第二籽晶杆交换。该晶体生长装置可以缩短晶体的生产周期。

Description

晶体生长装置
技术领域
本发明涉及一种晶体生长装置，尤其涉及一种应用于导模法生长晶体的晶体生长装置。
背景技术
晶体例如蓝宝石(Sapphire)，其具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性。因而被作为视窗材料广泛应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光中。常用的蓝宝石晶体成型方法有泡生法、柴氏法、热交换法、导模法以及温度梯度法。导模法能够直接成型具有所需外形的蓝宝石晶体，因而可以简化制造工序以及提高材料利用率。导模法所采用的晶体生长装置一般包括长晶室以及位于长晶室上方且与长晶室连通的冷却腔体，提拉杆提拉成型晶体并将晶体提拉至冷却腔体中冷却，冷却后取出晶体，但是这种晶体生长装置生产晶体所需生产周期较长。
发明内容
鉴于上述内容，有必要提供一种能够缩短生产周期的晶体生长装置。
一种晶体生长装置，其包括第一箱体以及设置于第一箱体上的第二箱体，该第一箱体包括第一本体并于该第一本体内开设有长晶室，该第二箱体包括第二本体以及提拉杆，该第二本体内开设有冷却腔体，该第二本体包括与该长晶室连通的转移腔体，该提拉杆滑动地装设于该转移腔体内且其上可拆卸地装设有第一籽晶杆，该晶体生长装置还包括装设于该第二本体内的控制机构，该控制机构包括转动地设置于该第二本体内的转移件以及邻近该转移件活动装设于该第二本体内的隔开组件，该隔开组件将该转移腔体及该冷却腔体隔开，该第二箱体还包括隔板以及可拆卸地装设于该冷却腔体内的第二籽晶杆，该隔板活动地置于该转移腔体内以将该转移腔体与该长晶室隔开，该隔开组件能够移动以使该转移腔体与该冷却腔体连通，以供该转移件转动将该第一籽晶杆与该第二籽晶杆交换。
一种晶体生长装置，其包括第一箱体以及设置于第一箱体上的第二箱体，该第一箱体包括第一本体并于该第一本体内开设有长晶室，该第二箱体包括第二本体以及提拉杆，该第二本体内开设有冷却腔体，该冷却腔体为多个且并列设置，该第二本体内还开设有与该长晶室相连通的转移腔体，该转移腔体与该多个冷却腔体中末端的一个冷却腔体相连通，该晶体生长装置还包括分别装设于该转移腔体与该末端冷却腔体之间、相邻两个冷却腔体之间的多个控制机构，该控制机构包括转移件以及隔开组件，该提拉杆滑动地装设于该转移腔体内且其上可拆卸地装设有第一籽晶杆，该转移件转动地设置于该第二本体内，该隔开组件将该转移腔体与末端的冷却腔体，以及该多个冷却腔体互相隔开，该第二箱体还包括隔板以及可拆卸地装设于该多个冷却腔体中的多个第二籽晶杆，该隔板活动地设置于将该转移腔体中以将该转移腔体与该长晶室隔开，该多个隔开组件能够移动使该转移腔体与该末端冷却腔体或者相邻两个冷却腔体相通，以供该转移件将第一籽晶杆与该末端冷却腔体内的第二籽晶杆交换或者从一个冷却腔体向远离该转移腔体的相邻冷却腔体内转移。
由于控制机构设置于转移腔体与冷却腔体之间，使得晶体于冷却腔体中冷却时，提拉杆继续于长晶室中进行长晶作业，因而可以缩短晶体的生产周期。
附图说明
图1为本发明第一实施方式的晶体生长装置的剖面示意图。
图2为图1所示晶体生长装置处于长晶作业过程的剖面示意图。
图3为图1所示晶体生长装置中晶体转移过程的剖面示意图。
图4为本发明第二实施方式的晶体生长装置的剖面示意图。
主要元件符号说明
晶体生长装置 100、200
第一箱体 10
第二箱体 20
控制机构 30、241
晶体 40
第一本体 11
长晶室 12
收容部 13
开口 131
隔热器 14
成型腔 141
加热器 15
转移口 17
第二本体 21
容纳部 211
转移腔体 22
连通口 221
冷却腔体 23、231
提拉杆 24
隔板 26
加热件 27
支撑杆 28
绝缘基座 31
加热体 33
隔开组件 35
连接件 351
隔开件 353
转移件 37
旋转部 371
转移部 373
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1及图2，本发明的晶体生长装置100用于以导模法生产晶体40(参阅图3)，其包括第一箱体10、叠置于第一箱体10上的第二箱体20，以及设置于第二箱体20中的控制机构30。第一箱体10内包括第一本体11并于第一本体11内设有长晶室12，第二箱体20包括第二本体21，且于其内并列开设有转移腔体22与冷却腔体23。控制机构30装设于第二本体21内且将转移腔体22及冷却腔体23隔开。转移腔体22位于长晶室12上方，冷却腔体23位于转移腔体22的一侧。转移腔体22用于将长晶室12中成型的晶体40临时放置，控制机构30可解除转移腔体22与冷却腔体23的隔开，并将转移腔体22中的晶体40转移至冷却腔体23中进行冷却。在本实施方式中，晶体生长装置100用于生长蓝宝石晶体。可以理解，晶体生长装置100还可以用于生长闪烁晶体，单晶硅等其他晶体。
第一箱体10还包括收容部13、隔热器14以及加热器15。第一本体11由多层绝缘层包覆而成且为立方体状，长晶室12设置于第一本体11内。第一本体11上靠近第二箱体20的一端还开设有转移口17。收容部13、隔热器14以及加热器15收容于长晶室12内。收容部13用于收容成型蓝宝石的原材料(熔融状态的α-Al2O3)，并开设有开口131。隔热器14装设于收容部13上方，其内形成两端开口的成型腔141。成型腔141一端与开口131相通，另一端与转移口17相连通。加热器15环绕收容部13设置，用于加热收容部13。
第二箱体20还包括收容于第二本体21内的提拉杆24、隔板26、多个加热件27以及支撑杆28。第二本体21由多层绝缘层包覆而成且为箱体状，其于转移腔体22及冷却腔体23之间向一侧凸伸以形成容纳部211，用以容纳控制机构30。转移腔体22底壁上开设有连通口221，连通口221与转移口17及成型腔141相互连通。提拉杆24可伸缩地设置在转移腔体22远离第一本体11的一端，且与连通口221及转移口17在同一直线上。提拉杆24可穿过连通口221、转移口17以及成型腔141插入收容部13中。提拉杆24上装设有籽晶杆(图未标)以提拉形成晶体。隔板26活动设置于连通口221一侧，当提拉杆25将提拉形成的晶体提拉至转移腔体22中时，隔板26挡设于连通口221以将转移腔体22与成型腔141隔开。多个加热件27分别设置于转移腔体22与冷却腔体23中。支撑杆28装设于冷却腔体23上部，其上装设有籽晶杆(图未标)与提拉杆24上形成有晶体40的籽晶杆相替换，以转移晶体40。
控制机构30装设于容纳部211中，其包括绝缘基座31、加热体33、两个隔开组件35以及转移件37。绝缘基座31设置于容纳部211中，加热体33设置于绝缘基座31中，用于加热绝缘基座31及隔开组件35。两个隔开组件35组件活动设置于绝缘基座31的两侧并延伸至转移腔体22与冷却腔体23之间，以隔开转移腔体22与冷却腔体23。隔开组件35包括连接件351以及隔开件353。连接件351活动设置于绝缘基座31上，隔开件353固定于连接件351上并处于转移腔体22与冷却腔体23之间，以将转移腔体22及冷却腔体23隔开。连接件351可带动隔开件353相对绝缘基座31向上移动，从而使得转移腔体22与冷却腔体23相连通。在本实施例中，隔开件353为板状。转移件37转动地设置于两个隔开组件35之间。请一并参阅图3，转移件37包括旋转部371以及中部固定于旋转部371上的转移部373。旋转部371转动设置于绝缘基座31上，转移部373呈长条状，其两端用于抓取籽晶杆。
晶体生长装置100组装时，首先将收容部13设置于长晶室12，隔热器14装设于收容部13上方，其开口131与转移口17对应相通。将加热器15环绕收容部13设置。将提拉杆24对应连通口221活动地设置于转移腔体22上，将籽晶杆装设于提拉杆24上。将隔板26活动设置于连通口221上方。将多个加热件27分别设置于转移腔体22与冷却腔体23中。支撑杆28装设于冷却腔体23上部，将籽晶杆装设于支撑杆28上。将将绝缘基座31设置于转移腔体22与冷却腔体23中间，且将加热体33设置于绝缘基座31中。将两个隔开组件35组件活动设置于绝缘基座31的两侧用于分别封闭转移腔体22与冷却腔体23。转移件37设置于两个隔开组件35之间。
请一并参阅图3至图4，晶体生长装置100使用时，首先加热器15将收容部13内的蓝宝石原材料加热成熔融状态，将籽晶装设于提拉杆24上的籽晶杆上，将提拉杆24穿过连通口221、转移口17以及成型腔141插入收容部13中进行长晶作业。将冷却腔体23抽真空后充入保护气体(如氩气，Ar)。启动冷却腔体23内的加热件27使冷却腔体23升温，使支撑杆28上的籽晶杆升温。当长晶完成后，提拉杆24将晶体40提拉至转移腔体22中，隔板26挡设于连通口221以将转移腔体22与成型腔141隔开。晶40在转移腔体22中降温。启动加热体33加热隔开组件35以及转移件37。当晶体40、冷却腔体23中的籽晶杆、隔开组件35以及转移件37具有相近的温度(例如：1350℃)。连接件351带动隔开件353相对绝缘基座31向上移动，使转移腔体22与冷却腔体23相互连通。旋转部371带动转移部373旋转90度，使转移部373两端分别处于支撑杆28以及提拉杆24处。转移部373的一端抓取提拉杆24上的籽晶杆，旋转部371带动转移部373旋转180度，使得籽晶杆与其上的晶体40转移至支撑杆28上。并将支撑杆28上的籽晶杆转移至提拉杆24上。转移件37再次旋转90度从而与隔开组件35平行，隔开组件35将转移腔体22与冷却腔体23隔开。冷却腔体23中的加热件27以及加热体33停止加热，使晶体40及控制机构30冷却。转移腔体22中的加热件27启动并加热，随后隔板26移动露出连通口221，提拉杆24伸入长晶室12中进行长晶作业。冷却腔体23逐步冷却至室温后，开启冷却腔体23取出晶体后，再装上籽晶。如此反复进行长晶作业。
由于控制机构30设置于转移腔体22与冷却腔体23之间，使得晶体40于冷却腔体23中冷却时，提拉杆24可以伸入长晶室12中进行长晶作业，缩短蓝宝石晶体的生产周期。
请参阅图4，另一实施方式中的晶体生长装置200包括有并列设置的两个冷却腔体231且与两个冷却腔体之间设置有控制机构241。晶体生长装置200通过两个冷却腔体231对晶体40逐步进行降温，从而可进一步提高晶体40的生产效率。
可以理解，晶体生长装置100的冷却腔体23可以设置多个，控制机构30相应设置多个，转移腔体22与多个冷却腔体23中末端的一个连通。该多个控制机构30设置于转移腔体22与冷却腔体23，以及多个冷却腔体23之间。
可以理解，隔开组件35可以为仅为一个，转移件37处于转移腔体22一侧或者冷却腔体23一侧。
可以理解，控制机构30的转移件37可以设置为伸缩手爪式，转移腔体22与冷却腔体23相通时，伸缩手抓可伸至提拉杆24抓取籽晶杆后，再带动晶体40伸至支撑杆28处。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种晶体生长装置，其包括第一箱体以及设置于该第一箱体上的第二箱体，该第一箱体包括第一本体并于该第一本体内开设有长晶室，该第二箱体包括第二本体以及提拉杆，该第二本体内开设有冷却腔体，其特征在于：该第二本体包括与该长晶室连通的转移腔体，该提拉杆滑动地装设于该转移腔体内且其上可拆卸地装设有第一籽晶杆，该晶体生长装置还包括装设于该第二本体内的控制机构，该控制机构包括转动地设置于该第二本体内的转移件以及邻近该转移件活动装设于该第二本体内的隔开组件，该隔开组件将该转移腔体及该冷却腔体隔开，该第二箱体还包括隔板以及可拆卸地装设于该冷却腔体内的第二籽晶杆，该隔板活动地置于该转移腔体内以将该转移腔体与该长晶室隔开，该隔开组件能够移动以使该转移腔体与该冷却腔体连通，以供该转移件转动将该第一籽晶杆与该第二籽晶杆交换。
2.如权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于：该第二本体于该转移腔体及该冷却腔体之间向一侧凸伸以形成容纳部，该控制机构装设于该容纳部中，该隔开组件为两个，该转移件可转动地收容于该两个隔开组件之间。
3.如权利要求2所述的晶体生长装置，其特征在于：该控制机构还包括绝缘基座以及加热体，该绝缘基座设置于容纳部中，该加热体设置于绝缘基座中，该两个隔开组件装设于该绝缘基座的两侧。
4.如权利要求3所述的晶体生长装置，其特征在于：该隔开组件包括连接件以及隔开件，该连接件活动设置于该绝缘基座上，该隔开件固定于连接件上。
5.如权利要求3所述的晶体生长装置，其特征在于：该转移件包括旋转部以及中部固定于该旋转部上的转移部，该旋转部转动设置于绝缘基座上，该旋转部能够驱动该转移部旋转，以使该转移部的两端分别处于该转移腔体与该冷却腔体中。
6.如权利要求5所述的晶体生长装置，其特征在于：该第二箱体还包括多个加热件以及装设于该冷却腔体上部的支撑杆，该多个加热件分别装设于该转移腔体与该冷却腔体中，该第二籽晶杆可拆卸地装设于该支撑杆上，该转移件能够通过转移部两端将该提拉杆上的第一籽晶杆与该第二籽晶杆交换。
7.如权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于：该第一箱体还包括设置于该长晶室内的收容部以及隔热器，该收容部用于收容晶体原材料的熔融液体并开设有开口，该隔热器装设于该收容部上方，其内形成两端开口的成型腔，该成型腔一端与该开口相通。
8.如权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于：该转移腔体与该冷却腔体于该第二本体内并列设置，该转移腔体设置于该长晶室的正上方，该冷却腔体处于该转移腔体的一侧。
9.如权利要求8所述的晶体生长装置，其特征在于：该第二本体于该转移腔体的底壁上开设有连通口，该第一本体上还开设有转移口，该转移口与该连通口对应相通，该提拉杆与该转移口及该连通口处于一条直线上。
10.一种晶体生长装置，其包括第一箱体以及设置于第一箱体上的第二箱体，该第一箱体包括第一本体并于该第一本体内开设有长晶室，该第二箱体包括第二本体以及提拉杆，该第二本体内开设有冷却腔体，其特征在于：该冷却腔体为多个且并列设置，该第二本体内还开设有与该长晶室相连通的转移腔体，该转移腔体与该多个冷却腔体中末端的一个冷却腔体相连通，该晶体生长装置还包括分别装设于该转移腔体与该末端冷却腔体之间、相邻两个冷却腔体之间的多个控制机构，该控制机构包括转移件以及隔开组件，该提拉杆滑动地装设于该转移腔体内且其上可拆卸地装设有第一籽晶杆，该转移件转动地设置于该第二本体内，该隔开组件将该转移腔体与末端的冷却腔体，以及该多个冷却腔体互相隔开，该第二箱体还包括隔板以及可拆卸地装设于该多个冷却腔体中的多个第二籽晶杆，该隔板活动地设置于将该转移腔体中以将该转移腔体与该长晶室隔开，该多个隔开组件能够移动使该转移腔体与该末端冷却腔体或者相邻两个冷却腔体相通，以供该转移件将第一籽晶杆与该末端冷却腔体内的第二籽晶杆交换或者从一个冷却腔体向远离该转移腔体的相邻冷却腔体内转移。
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