CN105483821A - 一种可变电极晶体生长炉 - Google Patents

一种可变电极晶体生长炉 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可变电极晶体生长炉，包括：炉筒，顶部具有炉筒口；大盖，固定在所述炉筒口上，所述大盖具有大盖口；小盖，紧固在所述大盖口上；炉体电极，位于所述炉筒中且固定在所述大盖上，所述炉筒、大盖、小盖以及炉体电极中均设置有循环水通道。所述炉体电极包括一炉体整圆环电极和两个炉体半圆环电极，所述可变电极晶体生长炉还包括加热棒电极和加热棒。加热棒半圆环电极上均布分布所述加热棒，加热棒穿过但不接触本侧加热棒半圆环电极下绝缘材料、加热棒整圆环电极，弯折回对侧加热棒半圆环电极下方的加热棒整圆环电极上。本发明通过炉体、大盖、小盖以及炉体电极之间的安装连接，使整个晶体生长炉实现密封状态，为生长炉中温场的稳定提供保障。

Description

一种可变电极晶体生长炉
技术领域
本发明涉及与单晶生长相关的加热装置，特别是涉及一种可变电极晶体生长炉。
背景技术
蓝宝石具有多种优异性能，被广泛地应用于国防、科研和民用的许多领域。近年来，随着LED产业的发展蓝宝石作为其商业化可行性最好的衬底材料，其应用市场急剧膨胀。如何精确可控地生长蓝宝石晶体一直是晶体生长研究人员关注的课题。目前，生长高质量、大尺寸蓝宝石晶体的方法主要包括：提拉法、泡生法、温梯法、热交换法等。
其中，泡生法(Kyropoulosmethod)是一种从熔融液体中生长单晶体的晶体生长法，其被广泛应用于蓝宝石单晶的生长，是目前公认的蓝宝石产出品质最好、成品率最高的宝石生长方式。但是，由于炉内为2000摄氏度以上高温，故对晶体生长炉加热装置的发热效率、变形量、使用寿命有较高的要求。
为了更好满足生长温场设计的需要，多种选择方案中选定最适合的方案时加热棒的粗细、根数、串并联各种灵活改变方式很重要。
加热器、保温材料等耗材存在制作工艺复杂，成本较高的问题，加热器由于高温和自身结构原因易发生变形、老化问题，降低了温场温度梯度的稳定性，对产品质量产生不良影响。另外，炉筒和盖体以及电极之间的可靠安装也是保证产品质量的关键。因此，在目前的蓝宝石晶体生长行业中，稳定可靠的晶体生长炉成为产品质量成败的的重要因素。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可变电极晶体生长炉，用于解决现有技术的晶体生长炉中温场的结构以及热不够稳定的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种可变电极晶体生长炉，所述晶体生长炉至少包括：
炉筒，顶部具有炉筒口；
大盖，固定在所述炉筒口上，所述大盖具有大盖口；
小盖，紧固在所述大盖口上；
炉体电极，位于所述炉筒中且固定在所述大盖上，所述炉筒、大盖、小盖以及炉体电极中均设置有循环水通道。
优选地，所述小盖上设置有籽晶杆通过孔和观察孔。
优选地，所述大盖通过密封胶圈密封固定在所述炉筒口上。
优选地，所述小盖通过紧固螺栓和密封胶圈紧固在所述大盖口上。
优选地，所述炉体电极包括一炉体整圆环电极和两个炉体半圆环电极，所述两个炉体半圆环电极非接触地设置在炉体整圆环电极的上方。
优选地，所述炉体电极上设置有固定柱，所述固定柱上设置有卡槽，所述固定柱中设置有循环水通道，所述炉体电极通过所述卡槽固定在所述大盖上。
优选地，所述炉筒中还设置有加热棒电极和多根加热棒，所述加热棒电极包括一加热棒整圆环电极和两个加热棒半圆环电极，所述两个加热棒半圆环电极设置在加热棒整圆环电极的上方，所述两个加热棒半圆环电极和加热棒整圆环电极之间通过绝缘隔板隔断，所述两个加热棒半圆环电极分别作为第一半圆环电极和第二半圆环电极，所述多根加热棒分列成第一组加热棒和第二组加热棒，所述第一组加热棒和第二组加热棒中的加热棒按以下连接方式交替地连接在所述加热棒整圆环电极和两个加热棒半圆环电极上：
所述第一组加热棒中的加热棒的一端与所述第一半圆环电极连接固定，另一端不接触地依次穿过所述第一半圆环电极上方的所述绝缘隔板和加热棒整圆环电极并经弯折后与所述第二半圆环电极上方的所述加热棒整圆环电极连接固定；
所述第二组加热棒中的加热棒的一端与所述第一半圆环电极上方的所述加热棒整圆环电极连接固定，另一端经弯折后不接触地依次穿过所述第二半圆环电极上方的所述加热棒整圆环电极和绝缘隔板并与所述第二半圆环电极连接固定。
优选地，所述第一组加热棒和第二组加热棒之间交互等距分布。
优选地，所述加热棒与所述加热棒整圆环电极之间通过螺纹销子夹紧固定。
优选地，所述加热棒在垂直方向上等距均布防变形固定环，所述固定环与加热棒之间通过焊接固定。
如上所述，本发明的可变电极晶体生长炉，包括：炉筒，顶部具有炉筒口；大盖，固定在所述炉筒口上，所述大盖具有大盖口；小盖，紧固在所述大盖口上；炉体电极，位于所述炉筒中且固定在所述大盖上，所述炉筒、大盖、小盖以及炉体电极中均设置有循环水通道。所述炉体电极包括一炉体整圆环电极和两个炉体半圆环电极，所述可变电极晶体生长炉还包括加热棒电极和加热棒。加热棒半圆环电极上均布分布所述加热棒，加热棒穿过但不接触本侧加热棒半圆环电极下绝缘材料、加热棒整圆环电极，弯折回对侧加热棒半圆环电极下方的加热棒整圆环电极上。本发明通过炉筒、大盖、小盖以及炉体电极之间的安装连接，使整个晶体生长炉实现密封状态，为生长炉中温场的稳定提供保障。
附图说明
图1为本发明可变电极晶体生长炉的整体结构示意图。
图2为本发明加热棒在加热棒整圆环电极和两个加热棒半圆环电极上的设置结构示意图。
图3为本发明两个炉体半圆环电极的结构俯视图。
图4为本发明炉体整圆环电极的结构俯视图。
图5为本发明炉体整圆环电极和两个炉体半圆环电极的结构俯视图。
图6为本发明炉体整圆环电极和两个炉体半圆环电极的结构侧视图。
图7为本发明可变电极晶体生长炉中设置有加热器及加热器电极的整体结构示意图。
元件标号说明
1加热棒半圆环电极
1a第一半圆环
1b第二半圆环
2绝缘隔板
3加热棒整圆环电极
4加热棒
5固定环
6炉筒
7大盖
8小盖
9炉体半圆环电极
91、101固定柱
92、102固定孔
93、103卡槽
10炉体整圆环电极
11密封胶圈
12紧固螺栓
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种可变电极晶体生长炉，如图1所示，所述晶体生长至少包括：炉筒6、大盖7、小盖8以及炉体电极。
所述炉筒6的顶部具有一开口，定义为炉筒口。所述大盖7固定在所述炉筒口上，优选地，所述大盖7通过密封胶圈11密封固定在所述炉筒口上，并且所述大盖7上设置有大盖口，并且大盖口设置在大盖7的中部。所述小盖8则紧固在所述大盖口上，优选地，所述小盖8通过紧固螺栓12和胶圈紧固在所述大盖口上。
所述小盖8上还设置有籽晶杆通过孔(未予以图示)，通过所述籽晶杆通过孔将所述籽晶插入炉筒6中坩埚内的熔体中，并通过提拉籽晶杆使晶体生长。另外，所述小盖8上还设置有观察孔(未予以图示)，通过所述观察孔可以实时观察装置内的晶体生长状况。
所述炉体电极位于所述炉筒6中且固定在所述大盖7上，所述炉筒6、大盖7、第二盖8体以及炉体电极中均设置有循环水通道。
具体地，如图3～图6所示，所述炉体电极包括一炉体整圆环电极10和两个炉体半圆环电极9，所述两个炉体半圆环电极9非接触地设置在炉体整圆环电极10的上方。
另外，如图2和图7所示，所述炉筒6中还设置有加热棒电极和多根加热棒4，所述加热棒电极包括一加热棒整圆环电极3和两个加热棒半圆环电极1，所述两个加热棒半圆环电极1设置在加热棒整圆环电极3的上方，所述两个加热棒半圆环电极1和加热棒整圆环电极3之间通过绝缘隔板2隔断，所述加热棒两个半圆环电极1分别作为第一半圆环电极1a和第二半圆环电极1b。需要说明的是，附图2为倒置的剖面图，因此，看起来两个加热棒半圆环电极1位于加热棒整圆环电极3的下方。
另外，所述炉体半圆环电极9和炉体整圆环电极10必须平稳放置，水平误差不超过1mm。所述加热棒整圆环电极3与炉体整圆环电极10的形状相同或者相似，所述加热棒半圆环电极1与炉体半圆环电极9的形状相同或者相似，以便安装连接。
如图7所示为加热棒电极和炉体电极连接的示意图。具体地，所述加热棒整圆环电极3与所述炉体整圆环电极10电性连接，所述加热棒半圆环电极1与所述炉体半圆环电极9对应电性连接。由此，所述加热棒整圆环电极3的电性由炉体整圆环电极10引出，所述加热棒半圆环电极1的电性由炉体半圆环电极9引出。
请再参阅附图2，所述两个加热棒半圆环电极1正对且相隔开(间隔10mm左右)地水平放置，于两个加热棒半圆环电极1上依次安设有所述绝缘隔板2和加热棒整圆环电极3，这里通过增加加热棒整圆环电极3和绝缘隔板2可以使得固定加热棒4的固定点增加并下移，从而增加了加热装置的稳定性，所述多根加热棒4的两端分别配合地设置于所述加热棒整圆环电极3和任一加热棒半圆环电极1之间，且多根加热棒4依据所述加热棒整圆环电极3和两个加热棒半圆环电极1所接电源电极的不同而形成串联或并联工作方式。
具体地，所述多根加热棒4分为两组，包括第一组加热棒和第二组加热棒，其中，第一组加热棒和第二组加热棒中每根加热棒4成相互间隔地交互设置于所述加热棒整圆环电极3和两个加热棒半圆环电极1上。可以参考图2，给出了加热棒4在加热棒整圆环电极3和两个加热棒半圆环电极1上的设置结构图，详细地，将两个加热棒半圆环电极1分别表示为第一半圆环电极1a和第二半圆环电极1b，取第一组加热棒中的一根加热棒a为例，加热棒a从第一半圆环电极1a引出，穿过但不接触绝缘隔板2和加热棒整圆环电极3，接着做连续两次90°弯折后，再回到第二半圆环电极1b上方的加热棒整圆环电极3上固定截止；同理地，再取第二组加热棒中的一根加热棒b为例，加热棒b从第二半圆环电极1b引出，穿过但不接触绝缘隔板2和加热棒整圆环电极3，接着做连续两次90°弯折后，再回到第一半圆环电极1a上方的加热棒整圆环电极3上固定截止。根据前述方式，依次循环地将所述第一组加热棒和第二组加热棒中加热棒4安设于加热棒整圆环电极3和加热棒半圆环电极1上。优选地，形成的所述第一组加热棒和第二组加热棒之间交互等距分布。另外，实施上述方案时加热棒4与加热棒电极之间可以通过螺纹销子夹紧固定，且所述加热棒4一般采用钨棒，而所述加热棒整圆环电极3和至少两个加热棒半圆环电极1一般采用铜质材料的导体。
进一步地，再结合图2，在加热棒4垂直方向上还设有多个供固定加热棒4并与加热棒4相垂直的固定环5，且固定环5与加热棒4之间通过焊接固定(具体地，可以采用点焊进行焊接)，用于防止加热棒4变形。
更进一步地，请参阅附图1、图3～图6，所述炉体电极(包括炉体整圆环电极10和两个炉体半圆环电极9)上设置有固定柱91、101和固定孔92、102。所述固定柱91、101用于将炉体电极固定于大盖7上。作为优选的方案，所述固定柱上91、101设置有卡槽93、103，通过所述卡槽93、103将所述炉体电极组装固定于所述大盖7上。如图3和图6所示，所述两个炉体半圆环电极9中，每个炉体半圆环电极9上有两个固定柱91。所述固定柱91内部中空，形成循环冷却水通道。每个炉体半圆环电极9内部设置通道，循环冷却水从其中一个固定柱进入，通过炉体电极板之后从另一个固定柱出来。如图4和图6所示，所述炉体整圆环电极10上设置有四个固定柱101。所述固定柱101内部中空，形成循环冷却水通道。所述炉体整圆环电极10内部设置两条通道，循环冷却水从其中两个固定柱进入，通过炉体电极板之后从另两个固定柱出来。通过在炉筒6、大盖7、小盖8以及炉体电极中设置循环水通道，可以保证炉筒6中温场的稳定。
另外，所述固定柱91、101可以通过连接线缆，使电极与电柜电连。工作时该生长炉可通过上电极左右炉体半圆环电极9一正、一负的电源供电形成加热棒4串联加热；也可以通过上电极两炉体半圆环电极9均为正极(或负极)，下电极炉体整圆环电极10为负电极(或正电极)实现成加热棒4并联加热。
所述炉体电极上设置固定孔92、102，所述固定孔92、102带内螺纹，将固定件置于固定孔92、102中可以将炉体电极和加热棒电极固定在一起。所述固定孔92、102分别设置在两个炉体半圆环电极9和炉体整圆环电极10的内圈，且均匀分布。
还需要说明的是，炉筒6为整个热场施加的场所，除了以上结构，炉筒6内还包括保温桶、保温屏、坩埚等热区材料，这些结构在附图中未示出，但本领域技术人员应当知晓。
综上所述，本发明提供一种可变电极晶体生长炉，包括：炉筒，顶部具有炉筒口；大盖，固定在所述炉筒口上，所述大盖具有大盖口；小盖，紧固在所述大盖口上；炉体电极，位于所述炉筒中且固定在所述大盖上，所述炉筒、大盖、小盖以及炉体电极中均设置有循环水通道。所述炉体电极包括一炉体整圆环电极和两个炉体半圆环电极，所述可变电极晶体生长炉还包括加热棒电极和加热棒。加热棒半圆环电极上均布分布所述加热棒，加热棒穿过但不接触本侧加热棒半圆环电极下绝缘材料、加热棒整圆环电极，弯折回对侧加热棒半圆环电极下方的加热棒整圆环电极上。本发明通过炉体、大盖、小盖以及炉体电极之间的安装连接，使整个晶体生长炉实现密封状态，为生长炉中温场的稳定提供保障。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种可变电极晶体生长炉，其特征在于，所述晶体生长炉至少包括：
炉筒，顶部具有炉筒口；
大盖，固定在所述炉筒口上，所述大盖具有大盖口；
小盖，紧固在所述大盖口上；
炉体电极，位于所述炉筒中且固定在所述大盖上，所述炉筒、大盖、小盖以及炉体电极中均设置有循环水通道。
2.根据权利要求1所述的可变电极晶体生长炉，其特征在于：所述小盖上设置有籽晶杆通过孔和观察孔。
3.根据权利要求1所述的可变电极晶体生长炉，其特征在于：所述大盖通过密封胶圈密封固定在所述炉筒口上。
4.根据权利要求1所述的可变电极晶体生长炉，其特征在于：所述小盖通过紧固螺栓和密封胶圈紧固在所述大盖口上。
5.根据权利要求1所述的可变电极晶体生长炉，其特征在于：所述炉体电极包括一炉体整圆环电极和两个炉体半圆环电极，所述两个炉体半圆环电极非接触地设置在炉体整圆环电极的上方。
6.根据权利要求1或5所述的可变电极晶体生长炉，其特征在于：所述炉体电极上设置有固定柱，所述固定柱上设置有卡槽，所述固定柱中设置有循环水通道，所述炉体电极通过所述卡槽固定在所述大盖上。
7.根据权利要求5所述的可变电极晶体生长炉，其特征在于：所述炉筒中还设置有加热棒电极和多根加热棒，所述加热棒电极包括一加热棒整圆环电极和两个加热棒半圆环电极，所述两个加热棒半圆环电极设置在加热棒整圆环电极的上方，所述两个加热棒半圆环电极和加热棒整圆环电极之间通过绝缘隔板隔断，所述两个加热棒半圆环电极分别作为第一半圆环电极和第二半圆环电极，所述多根加热棒分列成第一组加热棒和第二组加热棒，所述第一组加热棒和第二组加热棒中的加热棒按以下连接方式交替地连接在所述加热棒整圆环电极和两个加热棒半圆环电极上：
所述第一组加热棒中的加热棒的一端与所述第一半圆环电极连接固定，另一端不接触地依次穿过所述第一半圆环电极上方的所述绝缘隔板和加热棒整圆环电极并经弯折后与所述第二半圆环电极上方的所述加热棒整圆环电极连接固定；
所述第二组加热棒中的加热棒的一端与所述第一半圆环电极上方的所述加热棒整圆环电极连接固定，另一端经弯折后不接触地依次穿过所述第二半圆环电极上方的所述加热棒整圆环电极和绝缘隔板并与所述第二半圆环电极连接固定。
8.根据权利要求7所述的可变电极晶体生长炉，其特征在于：所述加热棒整圆环电极与所述炉体整圆环电极电性连接，所述加热棒半圆环电极与所述炉体半圆环电极对应电性连接。
9.根据权利要求7所述的可变电极晶体生长炉，其特征在于：所述第一组加热棒和第二组加热棒之间交互等距分布。
10.根据权利要求7所述的可变电极晶体生长炉，其特征在于：所述加热棒与所述加热棒整圆环电极之间通过螺纹销子夹紧固定。
11.根据权利要求7所述的可变电极晶体生长炉，其特征在于：所述加热棒在垂直方向上等距均布防变形固定环，所述固定环与加热棒之间通过焊接固定。
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