CN109161972A - 晶体生长安瓿位置调节装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶体生长安瓿位置调节装置及系统，涉及安瓿位置调节技术领域。一种晶体生长安瓿位置调节装置，包括支撑组件、热电偶和位置调节组件。位置调节组件通过支撑杆与支撑组件连接，用于在水平和竖直方向移动和定位支撑组件。支撑组件包括套筒、热电偶杆、陶瓷杆以及固定塞，套筒的两端设有开口，开口设有固定塞，陶瓷杆的一端穿过固定塞设置于套筒的内部，热电偶杆穿设于陶瓷杆内。热电偶设置于套筒内。实现了安瓿在径向温度场中的位置调节，避免不对称径向温度场对晶体生长的影响，避免了安瓿与发热体直接接触，提高晶体质量和产率。该装置结构简单、安装调试方便，并可对生长过程中安瓿温度进行实时监控。

Description

晶体生长安瓿位置调节装置及系统

技术领域

本发明涉及晶体生长安瓿位置调节技术领域，具体而言，涉及一种晶体生长安瓿位置调节装置及系统。

背景技术

水平管式晶体生长炉是一种常用的人工晶体生长设备，在物理气相输运法(PVT)、化学气相输运法(CVT)、水平布里奇曼法(HB)、水平温度梯度冷凝法(HGF)等多种晶体生长方法中有着重要的应用。这些方法的特点是将晶体生长安瓿放置在水平管式炉的水平炉腔中，加热管式炉使得水平炉腔内形成特定的温度场和温度梯度，构建出晶体生长的驱动力，从而实现晶体发育长大。在晶体生长过程中，人为的调节晶体生长界面在温度场中的位置可以实现对生长驱动力的调控，因此，生长安瓿在水平管式炉水平炉腔中精确定位和移动对晶体质量、生长重复率等有重要影响。

水平管式炉的温度场按方向分为轴向温度场和径向温度场。其中，轴向温度场是平行于炉管中轴线的温度分布，是晶体生长的重要参数，可以通过调节不同位置加热部件的温度进行调控；径向温度场是垂直于炉管中轴线的温度分布，由于径向温差和温梯较小，径向温度场往往被人们忽略。

水平管式炉炉管的中心轴通常为径向温度场的温度最低点，炉管壁位置为径向温度场的温度最高点。人们在采用水平管式炉进行晶体生长时，往往直接将生长坩埚放置在炉管壁上，并未考虑径向温度场和接触热传导对生长晶体的影响。但是，即便是微小的径向温差和温梯会造成一些晶体生长方向和结晶形态、质量的改变。如果在晶体生长过程中不考虑生长安瓿在径向温度场中的位置，将造成晶体生长重复率和质量下降。

现有公知的管式炉水平晶体生长设备的不足是生长安瓿由炉管支撑，安瓿壁直接与发热元件接触，受到热传导作用，安瓿壁易出现温度分布不均匀，导致寄生成核和多晶生成。另一方面，在现有技术中，安瓿只能沿着水平炉腔轴向移动，不能进行径向位置调节，受径向温差和温梯的影响，获得的晶体易出现生长不均匀、结晶质量差等现象。此外，在现有技术中，当使安瓿从温度场中某温度点移动到另一温度点时，需要参照预先标定的炉内温度/距离关系将温度换算为长度，再以长度为参照标准进行移动。由于炉内温度/距离关系是在未加负载的空炉条件下进行标定的，在实际晶体生长过程中，安瓿的放入会使炉内温度场发生较大的变化，这种以长度为度量标准的定位和位置调节方法存在误差。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种晶体生长安瓿位置调节装置及系统。本发明避免了安瓿壁温度分布不均匀，实现了安瓿在炉腔内任意位置的精确定位，避免了以长度为标准导致的定位不准和移动误差，并可对生长过程进行实时监控。

本发明的另一目的在于提供一种安瓿位置调节系统，该系统实现了晶体生长安瓿在径向温度场中的定位和位置调节，对生长过程进行实时监控，提高了生长晶体质量和产率。

本发明的实施例是这样实现的：

一种晶体生长安瓿位置调节装置，包括

支撑组件，包括套筒、热电偶杆、陶瓷杆以及固定塞，套筒的两端设有开口，开口设有固定塞，陶瓷杆的一端穿过固定塞设置于套筒的内部，热电偶杆穿设于陶瓷杆内。

热电偶，热电偶的热电偶丝穿设于热电偶杆，热电偶测温点设置于热电偶杆位于套筒内的一端。

位置调节组件，位置调节组件通过支撑杆与支撑组件连接，用于在水平和竖直方向移动和定位支撑组件。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，套筒、热电偶杆、陶瓷杆、固定塞的中心轴线相互重合。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，固定塞沿轴向方向设有第一通孔，陶瓷杆穿过第一通孔设置于套筒的内部，第一通孔的中心轴线与固定塞的中心轴线重合。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一通孔的孔径与陶瓷杆的外径相等。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，陶瓷杆沿轴向方向设有第二通孔，热电偶杆设置于第二通孔内，第二通孔的中心轴线与陶瓷杆的中心轴线重合。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，热电偶杆的外径与第二通孔的孔径相等。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，陶瓷杆位于套筒内的一端设有凹部，热电偶测温点设置于凹部。

一种安瓿位置调节系统，包括管式炉和上述晶体生长安瓿位置调节装置，支撑组件设置于管式炉的内部。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，管式炉包括水平炉腔，位置调节组件带动套筒沿套筒的轴线方向移动的位移大于水平炉腔的长度。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，位置调节组件带动套筒在水平和竖直方向移动的位置大于水平炉腔的直径。

本发明实施例的有益效果包括：

1、实现了安瓿在径向温度场中的位置调节，可使得生长安瓿中心轴与水平炉腔中心轴重合，避免不对称径向温度场对晶体生长的影响，提高晶体质量和产率。

2、避免了生长安瓿与管式炉的发热体水平炉腔壁直接接触，避免了热传导引起的安瓿壁温度分布不均匀，避免安瓿壁寄生成核的产生。

3、以温度为参照标准对安瓿进行精确定位和精确移动，避免了以长度为标准导致安瓿在温度场中定位不准和移动误差。

4、结构简单、安装调试方便，并可对生长过程中安瓿温度进行实时监控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的晶体生长安瓿位置调节装置的结构示意图；

图2为图1中I处的放大图；

图3为本发明实施例提供的安瓿位置调节系统的结构示意图。

图标：10-晶体生长安瓿位置调节装置；11-支撑杆；100-支撑组件；110-套筒；120-热电偶杆；121-第一热电偶杆；122-第二热电偶杆；130-陶瓷杆；131-第一陶瓷杆；132-第二陶瓷杆；133-第一凹部；134-第二凹部；140-固定塞；141-第一固定塞；142-第二固定塞；200-热电偶；210-第一热电偶；220-第二热电偶；300-位置调节组件；20-安瓿位置调节系统；21-管式炉；22-水平炉腔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的系统可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在本发明中，在不矛盾或冲突的情况下，本发明的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。在本发明中，常规的设备、装置、部件等，既可以商购，也可以根据本发明公开的内容自制。在本发明中，为了突出本发明的重点，对一些常规的操作和设备、装置、部件进行的省略，或仅作简单描述。

实施例

请参照图1、图2和图3，本实施例提供一种晶体生长安瓿位置调节装置10，包括支撑组件100、热电偶200和位置调节组件300，位置调节组件300通过支撑杆11与支撑组件100连接，用于在水平和竖直方向移动和定位支撑组件100。支撑组件100包括套筒110、热电偶杆120、陶瓷杆130以及固定塞140，套筒110的两端设有开口，开口设有固定塞140，陶瓷杆130的一端穿过固定塞140设置于套筒110的内部，热电偶杆120穿设于陶瓷杆130内。热电偶200设置于套筒110内。在实际使用时，安瓿设置于套筒110的中心位置。

支撑组件100包括套筒110、第一热电偶杆121、第二热电偶杆122、第一陶瓷杆131、第二陶瓷杆132、第一固定塞141以及第二固定塞142。具体的，套筒110为具有容纳腔的中空圆柱体，套筒110的两端设有开口。在本实施例中，套筒110由石英制作而成。在本发明的其他实施例中，套筒110的材质和形状可以根据需要改变，本发明对其不做限定。套筒110的内径等于晶体生长安瓿的外径，套筒110的外径小于管式炉21水平炉腔22直径，套筒110的长度大于晶体生长安瓿的长度。

在本实施例中，第一固定塞141和第二固定塞142为莫来石塞，第一陶瓷杆131和第二陶瓷杆132为中空陶瓷杆。

第一固定塞141和第二固定塞142分别固定于套筒110两端的开口，用于堵住开口并固定第一陶瓷杆131和第二陶瓷杆132。具体的，第一固定塞141的沿其轴向方向设有第一通孔，第一陶瓷杆131穿过第一通孔设置于套筒110的内部，为了保证温度场的对称性，使得晶体对称生长，提高晶体质量和产率，第一通孔的中心轴线与固定塞140的中心轴线重合。需要说明的是，第一通孔的孔径与陶瓷杆130的外径相等。避免第一固定塞141与第一陶瓷杆131的连接处有空隙，影响套筒110内温度的稳定。

第二固定塞142的结构与第一固定塞141的结构相同。第二陶瓷杆132穿过第二固定塞142的中心通孔设置于套筒110的内部。

第一陶瓷杆131沿轴向方向设有第二通孔，第一热电偶杆121穿设于第二通孔内，为了保证温度场的对称性，使得晶体对称生长，提高晶体质量和产率，第二通孔的中心轴线与第一陶瓷杆131的中心轴线重合。需要说明的是，第一热电偶杆121的外径与第二通孔的孔径相等。避免热量的流失，保证温度的稳定。

第一热电偶杆121的长度大于第一陶瓷杆131的长度，即第一热电偶杆121的两端伸出第一陶瓷杆131。第一热电偶杆121设有第一热电偶210。第一热电偶210包括两根热电偶丝，分别穿设于第一热电偶杆121，两根热电偶丝的连接点为热电偶测温点，该测温点设置于第一热电偶杆121位于套筒110内的一端。本实施例中，第一陶瓷杆131位于套筒110内的一端设有第一凹部133，热电偶测温点设置于第一凹部133。第二热电偶杆122的结构与第一热电偶杆121的结构相同，第二热电偶杆122设置于第二陶瓷杆132的中心通孔内。第二热电偶杆122设有第二热电偶220。第二热电偶220包括两根热电偶丝，分别穿设于第二热电偶杆122，两根热电偶丝的连接点为热电偶测温点。第二陶瓷杆132位于套筒110内的一端设有第二凹部134，第二热电偶220设置于第二凹部134。在本实施例中，第一热电偶210和第二热电偶220为热电偶监控点，热电偶丝远离套筒110的一端通过转接头和电线与数显温度表连接，其为本技术领域的通用部件，本发明对其不做限定。第一热电偶杆121和第二热电偶杆122为双孔陶瓷管，热电偶200的两根热电偶丝分别设置于热电偶杆120的两个孔内。

在本实施例中，套筒110壁厚1～2mm，第一固定塞141和第二固定塞142的中心孔(即第一通孔)直径为10～30mm，第一陶瓷杆131和第二陶瓷杆132的中心孔(即第二通孔)直径为5～10mm。

需要说明的是，支撑组件100的各个部分采用无机高温粘接剂粘结，用于增加各部分卡合处的固定强度。

请参照图3，在本实施例中，位置调节组件300由3台伺服平移台组合构成，支撑杆11与第一陶瓷杆131固定连接，通过支撑杆11带动支撑组件100水平以及竖直移动。伺服平移台组合为本技术领域的通用设备，具体的移动方式为本技术领域的技术，本发明对其不做限定。位置调节组件300具有X、Y、Z三个互相垂直方向的位移功能，其中Y方向与套筒110的中轴线平行，X方向与Y方向在水平方向垂直，Z方向在竖直方向与X、Y方向垂直。

本发明实施例还提供了基于晶体生长安瓿位置调节装置10的安瓿位置调节系统20，包括管式炉21和晶体生长安瓿位置调节装置10。在本实施例中，管式炉21为水平管式炉。管式炉21包括水平炉腔22，支撑组件100设置于管式炉21的内部。即套筒110、第一热电偶杆121、第二热电偶杆122、第一陶瓷杆131、第二陶瓷杆132、第一固定塞141、第二固定塞142与水平炉腔22的中心轴线重合，避免不对称径向温度场对晶体生长的影响，提高晶体质量和产率。该结构避免了生长安瓿与炉腔壁直接接触，避免了热传导引起的安瓿壁温度分布不均匀，避免安瓿壁寄生成核的产生。

需要说明的是，位置调节组件300带动套筒110沿套筒110的轴线方向移动的位移大于水平炉腔22的长度。位置调节组件300带动套筒110在水平和竖直方向移动的位置大于水平炉腔22的直径。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶体生长安瓿位置调节装置，其特征在于，包括

支撑组件，包括套筒、热电偶杆、陶瓷杆以及固定塞，所述套筒的两端设有开口，所述开口设有所述固定塞，所述陶瓷杆的一端穿过所述固定塞设置于所述套筒的内部，所述热电偶杆穿设于所述陶瓷杆内；

热电偶，所述热电偶的热电偶丝穿设于所述热电偶杆，所述热电偶测温点设置于所述热电偶杆位于所述套筒内的一端；

位置调节组件，所述位置调节组件通过支撑杆与所述支撑组件连接，用于在水平和竖直方向移动和定位所述支撑组件。

2.根据权利要求1所述的晶体生长安瓿位置调节装置，其特征在于，所述套筒、所述热电偶杆、所述陶瓷杆、所述固定塞的中心轴线相互重合。

3.根据权利要求1所述的晶体生长安瓿位置调节装置，其特征在于，所述固定塞沿轴向方向设有第一通孔，所述陶瓷杆穿过所述第一通孔设置于所述套筒的内部，所述第一通孔的中心轴线与所述固定塞的中心轴线重合。

4.根据权利要求3所述的晶体生长安瓿位置调节装置，其特征在于，所述第一通孔的孔径与所述陶瓷杆的外径相等。

5.根据权利要求1所述的晶体生长安瓿位置调节装置，其特征在于，所述陶瓷杆沿轴向方向设有第二通孔，所述热电偶杆设置于所述第二通孔内，所述第二通孔的中心轴线与所述陶瓷杆的中心轴线重合。

6.根据权利要求5所述的晶体生长安瓿位置调节装置，其特征在于，所述热电偶杆的外径与所述第二通孔的孔径相等。

7.根据权利要求1所述的晶体生长安瓿位置调节装置，其特征在于，所述陶瓷杆位于所述套筒内的一端设有凹部，所述热电偶测温点设置于所述凹部。

8.一种安瓿位置调节系统，其特征在于，包括管式炉和如权利要求1至7任一项所述的晶体生长安瓿位置调节装置，所述支撑组件设置于所述管式炉的内部。

9.根据权利要求8所述的安瓿位置调节系统，其特征在于，所述管式炉包括水平炉腔，所述位置调节组件带动所述套筒沿所述套筒的轴线方向移动的位移大于所述水平炉腔的长度。

10.根据权利要求9所述的安瓿位置调节系统，其特征在于，所述位置调节组件带动所述套筒在水平和竖直方向移动的位置大于所述水平炉腔的直径。