CN104109901A - 水冷杆及使用该水冷杆的晶体生长炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及晶体生长设备领域，具体涉及利用坩埚下降法生长大尺寸晶体的水冷杆及使用该水冷杆的晶体生长炉。本发明提供的水冷杆包括上水冷段和下水冷段，所述上水冷段和所述下水冷段均设有进水口利出水口；本发明提供了一种包括上述水冷杆的晶体生长炉。本发明采用分段式水冷杆米调节温场，可有效地传导结晶潜热，保证温场的平衡。此外，本发明还提供了一种包括上述水冷杆的封闭式晶体生长炉，该晶体生长炉不但消除了挥发物对环境的污染，使得坩埚不需要密封，从而能够多次使用，而且在抽真空或充气的条件下能够有效地防止加热炉丝因氧化而损坏。

Description

水冷杆及使用该水冷杆的晶体生长炉

技术领域

本发明涉及晶体生长设备领域，具体涉及利用坩埚下降法生长大尺寸晶体的水冷杆及使用该水冷杆的晶体生长炉。

背景技术

坩埚下降法，义称布里奇曼晶体生长法，是将一个垂直放置的坩埚逐渐下降，使其通过一个温度上高下低的温度梯度区，熔体自下而上凝固，使晶体生长。

晶体生长炉是生长晶体的关键设备之一。利用坩埚下降法的晶体生长炉的炉体一般包括上炉膛和下炉膛，上炉膛为高温区，一般采用电阻丝、硅钼棒进行加热，能使坩埚内的材料维持熔融状态，下炉膛为低温区，不加热，上炉膛和下炉膛之间有隔热层，用于形成较大的纵向温度梯度区，以有利于晶体的生长。当坩埚由上炉膛缓缓移向下炉膛时，材料熔体就开始围绕晶核结晶。晶核形成时会释放结晶潜热并由坩埚下部传递出去。当过冷度适宜时，这部分潜热徐徐传出，晶体正常生长；若这部分潜热不能移去，晶核就可能重新被熔融；若过冷度太大，则容易导致晶体生长速率过快，出现枝蔓生长。因此，现有技术的晶体生长炉一般用通有冷却水的下降托杆(简称为“水冷杆”)支撑坩埚，水冷杆通过机械传动装置连接带动坩埚下降。

然而，现有技术的水冷杆的结构比较简单，在生长大尺寸晶体时不能有效地释放结晶潜热、调节温场平衡。

此外，目前国内普遍采用不密封的晶体生长炉，当涉及挥发性材料，比如生长掺有碘化铊的闪烁晶体时，原料溶化后挥发出的碘和碘化铊会对人体造成伤害并对环境造成严重污染，因此需要将坩埚密封。但是这种方式在取出晶体时会造成坩埚损坏，使得坩埚不能多次使用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水冷杆和使用该水冷杆的生长炉，以解决现有技术的水冷杆不能有效进行温场调节的问题，同时提供了一种使用该水冷杆的封闭式晶体生长炉，该封闭式晶体生长炉不但解决了生长晶体时原料熔化后向外部环境挥发的问题，而且解决了密封坩埚不能多次使用的问题。

为了实现上述目的，本发明采取的方案如下：

本发明提供了一种水冷杆，所述水冷杆包括上水冷段和下水冷段，所述上水冷段和所述下水冷段均设有进水口和出水口。

进一步地，所述水冷杆还包括上段进水管和上段出水管，所述上段进水管穿过所述下水冷段的进水口和所述上水冷段的进水口，所述上段出水管穿过所述上水冷段的出水口和所述下水冷段的出水口。

本发明提供了一种晶体生长炉，包括水冷杆，所述水冷杆为如上述任一项所述的水冷杆。

本发明还提供了一种封闭式晶体生长炉，包括炉体、炉座和水冷杆，所述水冷杆为如上述任一项所述的水冷杆，所述生长炉还包括密封系统，所述密封系统包括钟罩和密封圈，所述钟罩设在所述炉体的外侧并扣在所述炉座上，所述钟罩与所述炉座的衔接处以及所述水冷杆与所述炉座的衔接处有所述密封圈。

进一步地，所述密封圈的下端设有导热板，所述导热板用于降低所述密封圈的温度。

进一步地，所述导热板通有冷却水。

进一步地，所述导热板为导热性好的材料。

进一步地，所述密封圈与所述水冷杆的间隙处填充有密封材料。

进一步地，所述炉体外侧包裹有保温层。

与现有技术相比，本发明主要有以下优点：

1.采用分段式水冷杆来调节温场，可有效地传导结晶潜热，保证了温场的平衡；

2.采用密封系统，不但消除了挥发物对环境的污染，使得坩埚不需要密封，从而能够多次使用，而且在抽真空或充气的条件下，加热系统不会暴露在空气中，从而有效地防止了加热炉丝因氧化而损坏；

3.导热板能进一步带走密封圈的热量，防止了橡胶密封圈因高温而损坏，并且间接带走结晶潜热，使温场的温度调节范围更大。

附图说明

图1为本发明中水冷杆的左视图。

图2为本发明中水冷杆的正视图。

图3为本发明中晶体生长炉的结构示意图。

附图标记说明：

1、炉体         11、上炉膛       12、隔热层       13、下炉膛       14、保温层

2、坩埚         3、水冷杆        4、钟罩          5、密封圈        6、水冷板

7、炉座         31、上水冷段     311、上段进水管  312、上段出水管  32、隔断层

33、下水冷段    331、下段进水管  332、下段出水管

具体实施方式

下面结合图1、图2对本发明的水冷杆进行详细描述。

本发明提供了一种水冷杆，包括由隔断层32分隔成的上水冷段31和下水冷段33，上水冷段31和下水冷段33均设有进水口和出水口。与常规的水冷杆相比，这种分段式水冷的方式使得上水冷段31和下水冷段33对各段对应位置进行冷却的效果更好。优选的实施方式是，上段进水管311穿过下水冷段33的进水口和上水冷段31的进水口，上段出水管312穿过上水冷段31的出水口和下水冷段33的出水口，这种方式使得下水冷段33能够进一步带走上水冷段31的热量，提高了水冷效果。

本发明提供了一种使用上述水冷杆的晶体生长炉，在生长晶体时，上述水冷杆的上端支撑坩埚，下端与传动机构连接，上水冷段31内的冷却水用于吸收结晶释放的热量，下水冷段33内的冷却水用于对晶体生长炉的下炉膛进行冷却，并进一步带走上水冷段31的热量。本具体实施方式的晶体生长炉通过采用分段式水冷来调节温场，可有效地传导结晶潜热，保证了温场的平衡。

下面结合图3对使用上述水冷杆的封闭式晶体生长炉进行详细描述。

本发明提供了一种使用上述水冷杆的封闭式晶体生长炉，包括如上述所述的分段式水冷杆3、炉座7、炉体1、坩埚2以及密封系统，炉体1被隔热层12分隔成上炉膛11和下炉膛13，密封系统包括钟罩4和密封圈5，钟罩4设在炉体1的外侧并扣在炉座7上，水冷杆3与炉座7的衔接处以及钟罩4与炉座7的衔接处行密封圈5。为了使密封效果更好，可以在水冷杆3和密封圈5的间隙处填充密封材料。密封圈为橡胶材料，主要是因为它密封性好、易形变且价格低。由于晶体生长炉为封闭式，为防止橡胶密封圈因高温而损坏，可以在密封圈5的下端设置导热板6，以降低密封圈5的温度，并且间接带走结晶潜热，使温场的温度调节范围更大。优选地，导热板6可以通过在其内部通冷却水的方式实现，也可以使用导热性好的材料制作导热板。

本具体实施方式的封闭式晶体生长炉通过密封系统不但消除了挥发物对环境的污染，使得坩埚不需要密封，从而能够多次使用，而且在抽真空或充气的条件下，加热系统不会暴露在空气中，从而有效地防止了加热炉丝因氧化而损坏。此外，为了保证温场的稳定，炉体1的外侧包裹有保温层14。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，是为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，但本发明并不局限于本说明书所示的这些实施例，而是要符合本发明所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (9)

1.一种水冷杆，其特征在于：所述水冷杆包括上水冷段和下水冷段，所述上水冷段和所述下水冷段均设有进水口和出水口。

2.如权利要求1所述的水冷杆，其特征在于：所述水冷杆还包括上段进水管和上段出水管，所述上段进水管穿过所述下水冷段的进水口和所述上水冷段的进水口，所述上段出水管穿过所述上水冷段的出水口和所述下水冷段的出水口。

3.一种晶体生长炉，包括水冷杆，其特征在于：所述水冷杆为如权利要求1-2任一项所述的水冷杆。

4.一种封闭式晶体生长炉，包括炉体、炉座和水冷杆，其特征在于：所述水冷杆为如权利要求1-3任一项所述的水冷杆，所述生长炉还包括密封系统，所述密封系统包括钟罩和密封圈，所述钟罩设在所述炉体的外侧并扣在所述炉座上，所述钟罩与所述炉座的衔接处以及所述水冷杆与所述炉座的衔接处有所述密封圈。

5.如权利要求4所述的封闭式晶体生长炉，其特征在于：所述密封圈的下端设有导热板，所述导热板用于降低所述密封圈的温度。

6.如权利要求5所述的封闭式晶体生长炉，其特征在于：所述导热板通有冷却水。

7.如权利要求5所述的封闭式晶体生长炉，其特征在于：所述导热板为导热性好的材料。

8.如权利要求4所述的封闭式晶体生长炉，其特征在于：所述密封圈与所述水冷杆的间隙处填充有密封材料。

9.如权利要求4所述的封闭式晶体生长炉，其特征在于：所述炉体外侧包裹有保温层。