CN110923802B - 一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉及控制方法，包括单独升降装置和联动升降装置，单独升降装置和联动升降装置上分别连接有单独支撑板和联动支撑架，且单独支撑板位于联动支撑架下侧，联动支撑架上均匀设置有若干工位孔，工位孔中设置有坩埚引下装置，联动支撑架上还设置有能够将坩埚引下装置支撑在工位孔中的坩埚支撑架，坩埚引下装置上部穿插设置在炉体中，炉体的底部设置有供坩埚引下装置穿过的炉口，坩埚引下装置内部设置有坩埚，外侧套设有均温管，均温管外侧套设有环形发热体，环形发热体通过温控系统进行联动控制或单独控制，还包括能够将坩埚引下装置在炉体中的空间进行隔离的工位隔热装置。

Description

一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉及控制方法

技术领域

本发明涉及人工晶体生长设备领域，具体涉及一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉及控制方法。

背景技术

采用多工位坩埚下降晶体生长炉生长晶体是提高晶体生长效率的有效方法。如发明专利[CN 100451179C]、发明专利[CN 106435730 A]等专利所示的多工位晶体生长炉的共同特点就是采用了统一升降平台和温控系统，可以实现一炉15-30根晶体的同步生长。这些多工位晶体生长炉适合于制备生长周期短、生长过程稳定、不易漏埚的晶体，但不适于生长过程有漏埚风险的晶体，因为在晶体生长过程中出现某一工位出现漏埚需停炉的情况时，由于受到统一升降平台和温控系统的限制，只能将整个晶体生长炉停炉，这就影响了正常工位生长的晶体，失去了多工位晶体炉高效率的优势。

为了满足有漏埚风险晶体的晶体即能多工位同时正常生长，又能当某一工位出现问题时可以及时将该工位单独停炉的目的，需要设计出一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉及控制方法。

发明内容

本发明的目的在于为有漏埚风险的晶体提供一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉及控制方法。本发明能够有效解决目前多坩埚晶体炉工位只能联动控制，而无法单独控制的问题。可以实现在同一晶体生长炉内晶体正常生长时各工位同步，当某一工位出现问题时可以及时将该工位晶体单独停炉，从而避免因单一问题工位停炉影响其它正常工位晶体生长的情况。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉，包括单独升降装置和联动升降装置，单独升降装置和联动升降装置上分别连接有单独支撑板和联动支撑架，且单独支撑板位于联动支撑架下侧，联动支撑架上均匀设置有若干工位孔，工位孔中设置有坩埚引下装置，联动支撑架上还设置有能够将坩埚引下装置支撑在工位孔中的坩埚支撑架，炉体中每个工位均设有均温管，均温管外侧套设有环形发热体，环形发热体通过温控系统进行联动控制或单独控制，还包括能够将坩埚引下装置在炉体中的空间进行隔离的工位隔热装置。

进一步地，单独升降装置和联动升降装置均通过伺服电机驱动。

进一步地，坩埚引下装置包括引下管以及连接在引下管底部的引下管座，在晶体生长时，坩埚置于引下管中，并一起由联动升降装置升入炉体。

进一步地，所述坩埚支撑架为U型，设置在引下管底部外沿和联动支撑架之间。

进一步地，单独升降装置与单独支撑板之间以及联动升降装置与联动支撑架之间均设置有支撑杆。

进一步地，所述工位隔热装置包括设置在炉体上侧的隔热套管升降装置，隔热套管升降装置通过升降铰链连接有能够套在环形发热体外侧的隔热套管。

进一步地，所述工位隔热装置还包括连接在炉体底部的隔热板固定装置，隔热板固定装置中设置有能够封堵炉口的炉口隔热板。

一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉的控制方法，当所有工位晶体均处于正常生长时，温控系统处于联动控制模式，坩埚支撑架处于插入状态，各工位上的坩埚引下装置及其内部的坩埚与联动支撑架连成一体，各工位的升降操作由联动升降装置同步实现，各工位的晶体生长同步进行；

当某一工位上的晶体生长出现问题需单独停炉处理时，温控系统切换至单独控制模式，对该工位进行降温停炉处理，同时启动工位隔热装置，然后调整单独升降装置的位置，并使单独升降装置的速度与联动升降装置的速度相同，实现同步运动；最后，将需做停炉处理的工位处的坩埚支撑架抽离，将坩埚引下装置平稳落在单独支撑板上，完成该工位与联动支撑架的脱离。

进一步地，所述工位隔热装置包括设置在炉体上侧的隔热套管升降装置，隔热套管升降装置通过升降铰链连接有能够套在环形发热体外侧的隔热套管，对晶体生长出现问题的工位进行降温停炉处理时，隔热套管升降装置通过升降铰链将隔热套管降至炉内最低处，将该问题工位与其它正常生长工位隔离。

进一步地，所述工位隔热装置还包括连接在炉体底部的隔热板固定装置，隔热板固定装置中设置有能够封堵炉口的炉口隔热板，当坩埚引下装置平稳落在单独支撑板上，且与联动支撑架脱离并完全离开炉体后，将炉口隔热板插入隔热板固定装置中，封堵炉口。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明克服了传统多坩埚晶体生长炉无法实现晶体生长工位独立控制的问题，当所有工位晶体均处于正常生长时，温控系统和各工位的升降操作均采用联动方式，当某一工位上的晶体生长出现问题需单独停炉处理时，温控系统和各工位的升降操作均采用单独控制模式，既能在晶体正常生长时各工位联动控制，全工位统一生长，又能在某一坩埚发生漏埚等情况时，将该工位独立停炉和隔离，同时将问题坩埚采取独立控制方式迅速移出晶体生长炉，避免对其它工位坩埚晶体生长的影响，另外采用环形发热体可以避免传统水平发热体温场不均匀、易变形、易折断的缺点。

进一步地，坩埚引下装置包括引下管以及引下管座，在进行独立控制时，能够对装有坩埚的引下管起到缓冲作用。

进一步地，通过设置支撑杆，能够防止联动支撑架和单独支撑板变形。

进一步地，当某一工位晶体生长结束或者因漏埚导致单一工位停炉时，隔热套管升降装置启动，通过升降铰链将隔热套管下降至炉内，隔开停炉工位与其他工位。当该工位通过工位生长控制装置降至炉外后，通过隔热板固定装置将炉口隔热板插入，封死问题工位炉口，避免因烟囱效应导致炉内温场的变化。

附图说明

图1是本发明的联动控制生长方式示意图。

图2是本发明的单独控制生长方式示意图。

其中，1、单独升降装置；2、单独支撑板；3、隔热板固定装置；4、炉体；5、环形发热体；6、均温管；7、引下管；8、坩埚；9、隔热套管升降装置；10、升降铰链；11、隔热套管；12、坩埚支撑架；13、联动支撑架；14、联动升降装置；15、炉口隔热板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

参见图1和图2，一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉，包括炉体、工位升降控制装置和工位隔热装置，炉体有4～6个单晶生长工位，单晶生长工位设置的晶体生长单元为圆形结构；晶体生长单元的发热体为环形发热体5，采用环形硅钼棒，垂直吊装在炉体内，环形发热体5与引下管7之间衬有均温管6，单晶生长工位温场分布均匀，对晶体生长的影响小，有利于生长高质量的晶体；炉体内各个单晶生长单元的温度场是可以独立控制的，当某一工位的坩埚发生漏埚等问题需要停炉时，可以对其工位单独进行降温处理而不影响其他工位的温度场；工位升降控制装置有联动控制和独立控制两种模式。当采用联动模式时，各工位之间由坩埚支撑架12和联动支撑架13配合连成一体，各工位可以同步升降；当采用独立模式时，将工位之间的坩埚支撑架12摘除，即可实现工位的独立控制，完成单个坩埚的升降和位置调节；工位隔热装置是由隔热套管11、隔热套管升降装置9、升降铰链10以及炉口隔热板15和炉口隔热板固定装置3组成的。当某一工位晶体生长结束或者因漏埚导致单一工位停炉时，隔热套管升降装置9启动，通过升降铰链10将隔热套管11下降至炉内，隔开停炉工位与其他工位。当该工位通过工位生长控制装置降至炉外后，通过隔热板固定装置3将炉口隔热板15插入，封死问题工位炉口，避免因烟囱效应导致炉内温场的变化，所采用的隔热套管11和炉口隔热板15材料为氧化锆，其导热系数低，可有效将停炉工位与正常工位分割开来。

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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

结合附图1、附图2，本实施例采用了一种多坩埚晶体生长炉，由炉体部分、工位升降控制装置和工位隔热装置三部分组成，其中炉体部分包括炉体4，环形发热体5，均温管6，引下管7，坩埚8；工位升降控制装置部分包括单独升降装置1，单独支撑板2，坩埚支撑架12，联动支撑架13以及联动升降装置14；工位隔热装置部分包括隔热套管升降装置9，升降铰链10，隔热套管11，隔热板固定装置3以及炉口隔热板15。

如图1所示，当多坩埚单晶生长炉内各工位在装炉，升温以及各晶体均处于正常生长时，炉温控制以及工位升降控制装置处于联动模式，隔热套管11由升降铰链10悬挂在单晶炉的上端，各工位的晶体生长同步进行。

如图2所示，在晶体生长过程中如某一工位的坩埚出现漏埚等问题需停炉时，该工位的温控系统切换为单独控制模式，对该工位进行降温停炉处理；隔热套管升降装置9通过升降铰链10将隔热套管11降至炉内最低处，将该问题工位与其它正常生长工位隔离；启动单独升降装置1，将单独支撑板2升至适当位置，将问题工位的坩埚支撑架12摘除，解除该工位的联动升降模式，然后通过单独升降装置将问题工位降至单晶生长炉外，最后将炉口隔热板15插入隔热板固定装置3中，封死炉口，实现问题工位的单独停炉操作。

作为本发明的实施例，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，也是本发明的保护范围。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉，其特征在于，包括单独升降装置(1)和联动升降装置(14)，单独升降装置(1)和联动升降装置(14)上分别连接有单独支撑板(2)和联动支撑架(13)，且单独支撑板(2)位于联动支撑架(13)下侧，联动支撑架(13)上均匀设置有若干工位孔，工位孔中设置有坩埚引下装置，联动支撑架(13)上还设置有能够将坩埚引下装置支撑在工位孔中的坩埚支撑架(12)，炉体(4)中每个工位均设有均温管(6)，均温管(6)外侧套设有环形发热体(5)，环形发热体(5)通过温控系统进行联动控制或单独控制，还包括能够将坩埚引下装置在炉体(4)中的空间进行隔离的工位隔热装置；

坩埚引下装置包括引下管(7)以及连接在引下管(7)底部的引下管座，在晶体生长时，坩埚(8)置于引下管(7)中，并一起由联动升降装置(14)升入炉体(4)；所述工位隔热装置包括设置在炉体(4)上侧的隔热套管升降装置(9)，隔热套管升降装置(9)通过升降铰链(10)连接有能够套在环形发热体(5)外侧的隔热套管(11)。

2.根据权利要求1所述的一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉，其特征在于，单独升降装置(1)和联动升降装置(14)均通过伺服电机驱动。

3.根据权利要求1所述的一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉，其特征在于，所述坩埚支撑架(12)为U型，设置在引下管(7)底部外沿和联动支撑架(13)之间。

4.根据权利要求1所述的一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉，其特征在于，单独升降装置(1)与单独支撑板(2)之间以及联动升降装置(14)与联动支撑架(13)之间均设置有支撑杆。

5.根据权利要求1所述的一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉，其特征在于，所述工位隔热装置还包括连接在炉体(4)底部的隔热板固定装置(3)，隔热板固定装置(3)中设置有能够封堵炉口的炉口隔热板(15)。

6.一种权利要求1所述的工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉的控制方法，其特征在于，当所有工位晶体均处于正常生长时，温控系统处于联动控制模式，坩埚支撑架(12)处于插入状态，各工位上的坩埚引下装置及其内部的坩埚与联动支撑架(13)连成一体，各工位的升降操作由联动升降装置(14)同步实现，各工位的晶体生长同步进行；

当某一工位上的晶体生长出现问题需单独停炉处理时，温控系统切换至单独控制模式，对该工位进行降温停炉处理，同时启动工位隔热装置，然后调整单独升降装置(1)的位置，并使单独升降装置(1)的速度与联动升降装置(14)的速度相同，实现同步运动；最后，将需做停炉处理的工位处的坩埚支撑架(12)抽离，将坩埚引下装置平稳落在单独支撑板(2)上，完成该工位与联动支撑架(13)的脱离。

7.根据权利要求6所述的一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉的控制方法，其特征在于，所述工位隔热装置包括设置在炉体(4)上侧的隔热套管升降装置(9)，隔热套管升降装置(9)通过升降铰链(10)连接有能够套在环形发热体(5)外侧的隔热套管(11)，对晶体生长出现问题的工位进行降温停炉处理时，隔热套管升降装置(9)通过升降铰链(10)将隔热套管(11)降至炉内最低处，将该问题工位与其它正常生长工位隔离。

8.根据权利要求6所述的一种工位可独立控制的多坩埚晶体生长炉的控制方法，其特征在于，所述工位隔热装置还包括连接在炉体(4)底部的隔热板固定装置(3)，隔热板固定装置(3)中设置有能够封堵炉口的炉口隔热板(15)，当坩埚引下装置平稳落在单独支撑板(2)上，且与联动支撑架(13)脱离并完全离开炉体(4)后，将炉口隔热板(15)插入隔热板固定装置(3)中，封堵炉口。

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