CN111074333A - 一种单晶生长设备及其使用方法 - Google Patents

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许波涛
唐超凡
程文进
王慧勇
肖慧
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Abstract

本发明公开了一种单晶生长设备，包括炉体、坩埚，还包括两件用于带动坩埚旋转的旋转件，炉体底部设有底托，坩埚布置于底托上，底托配设有用于驱动底托上下运动的升降模块，两件旋转件相对布置于炉体的两侧，炉体的侧壁上设有供旋转件伸入炉体内的通道，通道配设有炉盖。其使用方法包括对坩埚进行翻转，翻转过程包括：S1、夹持坩埚：打开炉盖，两件旋转件从通道伸入炉体内并夹持住坩埚；S2、底托下降：升降模块带动底托下降让出坩埚翻转的空间；S3、坩埚翻转：两件旋转件带动坩埚旋转180°；S4、坩埚放置：升降模块带动底托上升支撑坩埚，旋转件从通道退出炉体，关闭炉盖。本发明具有结构简单、使用方便、有利于提高晶体生长质量等优点。

Description

一种单晶生长设备及其使用方法
技术领域
本发明涉及晶体生长技术领域，尤其涉及一种单晶生长设备及其使用方法。
背景技术
单晶生长设备通常采用高温炉体(要求耐热达到1300℃)，坩埚布置于炉体内，需要保持炉体内温度控制具有良好的稳定性，并带有适用的降温流程，采用助熔剂生长工艺的单晶生长设备，一般能够根据需要实现对坩埚的加热、降温、变速旋转等功能。申请人发现，若能够在高温下对坩埚进行上下翻转，也即将坩埚上下两端调换，可以更好的提高晶体质量，现有的单晶生长设备无法实现对坩埚的翻转。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、使用方便、有利于提高晶体生长质量的单晶生长设备。
本发明进一步提供一种上述单晶生长设备的使用方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种单晶生长设备，包括炉体、坩埚，还包括两件用于带动坩埚旋转的旋转件，所述炉体底部设有底托，所述坩埚布置于所述底托上，所述底托配设有用于驱动底托上下运动的升降模块，两件所述旋转件相对布置于所述炉体的两侧，所述炉体的侧壁上设有供所述旋转件伸入炉体内的通道，所述通道配设有炉盖。
作为上述技术方案的进一步改进：两件所述旋转件中的一件为主动旋转件，另一件为从动旋转件；或两件所述旋转件均为主动旋转件并同步旋转。
作为上述技术方案的进一步改进：所述旋转件设于一第一旋转模块上，所述第一旋转模块设于一直线运动模块上，所述第一旋转模块上设有用于隔离所述旋转件的第一隔热板，所述直线运动模块与所述通道平行布置。
作为上述技术方案的进一步改进：所述升降模块上设有用于带动所述底托旋转的第二旋转模块。
作为上述技术方案的进一步改进：所述旋转件的旋转轴线水平布置，所述第二旋转模块的旋转轴线竖直布置。
作为上述技术方案的进一步改进：所述第二旋转模块上设有用于隔离所述底托的第二隔热板以及水冷板，所述水冷板位于所述第二隔热板下方。
作为上述技术方案的进一步改进：所述坩埚侧壁的上下两端设有第一连接部，两所述第一连接部之间设有用来与所述旋转件可拆卸连接的第二连接部，所述底托的上端设有用来与所述第一连接部可拆卸连接的第三连接部。
作为上述技术方案的进一步改进：所述第一连接部为第一定位孔，所述第三连接部为第一定位柱，所述第二连接部包括用于限制坩埚相对所述旋转件旋转的限位凹槽、以及用于定位所述旋转件的第二定位孔，所述第二定位孔位于所述限位凹槽内，所述旋转件上设有与所述限位凹槽配合的限位部、以及与所述第二定位孔配合的第二定位柱。
作为上述技术方案的进一步改进：所述坩埚包括坩埚容器、挡盖、以及用于锁紧坩埚容器和挡盖的插销。
一种上述的单晶生长设备的使用方法，包括对坩埚进行翻转，翻转过程包括：
S1、夹持坩埚：打开炉盖，两件旋转件从通道伸入炉体内并夹持住坩埚；
S2、底托下降：升降模块带动底托下降让出坩埚翻转的空间；
S3、坩埚翻转：两件旋转件带动坩埚旋转180°；
S4、坩埚放置：升降模块带动底托上升支撑坩埚，旋转件从通道退出炉体，关闭炉盖。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的单晶生长设备，在炉体底部设置有底托，底托通过升降模块驱动上下运动，从而可以带动坩埚上下运动；炉体相对的两侧设置有旋转件，炉体的侧壁上设置有通道可供旋转件伸入炉体内夹持住坩埚，通道配置有炉盖，不需要翻转坩埚时将通道封闭，有利于炉体内部加热保温，需要翻转坩埚时，打开炉盖，两件旋转件从两侧伸入炉体内夹持住坩埚，然后底托下降让出空间，最后两件旋转件夹持住坩埚旋转180°，即可实现坩埚翻转，完成翻转后，底托上升以支撑坩埚，旋转件退出，关闭炉盖，结构简单、使用方便，有利于提高晶体的生长质量。
本发明公开的单晶生长设备的使用方法，使用时对坩埚进行翻转，有利于提高晶体的生长质量，且翻转操作简单。
附图说明
图1是本发明单晶生长设备的立体结构示意图。
图2是本发明中的主动旋转件的结构示意图。
图3是本发明中的坩埚和底托的立体结构示意图。
图4是本发明单晶生长设备的使用方法的流程图。
图中各标号表示：1、炉体；11、通道；12、炉盖；2、坩埚；21、第一连接部；22、第二连接部；23、限位凹槽；24、第二定位孔；25、坩埚容器；26、挡盖；27、插销；3、底托；31、第三连接部；4、升降模块；5、旋转件；51、限位部；52、第二定位柱；6、第一旋转模块；61、第一隔热板；7、直线运动模块；8、第二旋转模块；81、第二隔热板；82、水冷板。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一
图1至图3示出了本发明单晶生长设备的一种实施例，本实施例的单晶生长设备，包括炉体1、坩埚2，还包括两件用于带动坩埚2旋转的旋转件5，炉体1底部设有底托3，坩埚2布置于底托3上，底托3配设有用于驱动底托3上下运动的升降模块4，两件旋转件5相对布置于炉体1的两侧，炉体1的侧壁上设有供旋转件5伸入炉体1内的通道11，通道11配设有炉盖12。作为优选的技术方案，本实施例中，旋转件5采用杆件，当然在其他实施例中也可采用诸如板件、管件等实现功能，其旋转驱动方式可以是常见的电机等，当然也可以是手动操作；升降模块4例如可以是常见的气缸、丝杆螺母副、连杆机构等；通道11的出口端优选采用多级阶梯结构，有利于提高密封性能，减少炉体1内部的热量散失。
该单晶生长设备，在炉体1底部设置有底托3，底托3通过升降模块4驱动上下运动，从而可以带动坩埚2上下运动；炉体1相对的两侧(例如左右两侧，前后两侧等)设置有旋转件5，炉体1的侧壁上设置有通道11可供旋转件5伸入炉体1内夹持住坩埚2，通道11配置有炉盖12，不需要翻转坩埚2时将通道11封闭，有利于炉体1内部加热保温，需要翻转坩埚2时，打开炉盖12，两件旋转件5从两侧伸入炉体1内夹持住坩埚2，然后底托3下降让出空间，最后两件旋转件5夹持住坩埚2旋转180°，即可实现坩埚2翻转，完成翻转后，底托3上升以支撑坩埚2，两件旋转件5退出，关闭炉盖12，结构简单、使用方便，有利于提高坩埚2内晶体的生长质量。
进一步地，本实施例中，两件旋转件5中的一件为主动旋转件，另一件为从动旋转件，也即其中一件旋转件5配置有旋转驱动力，另一件旋转件5跟随坩埚2的运动而被动运动，这样可以减少部件的数量，降低成本，简化结构；当然在其他实施例中，也可将两件旋转件5均设置为主动旋转件，并保持两者同步旋转，也可实现坩埚2的翻转。
更进一步地，本实施例中，旋转件5设于一第一旋转模块6上，第一旋转模块6设于一直线运动模块7上，第一旋转模块6上设有用于隔离旋转件5的第一隔热板61，直线运动模块7与通道11平行布置。可以通过直线运动模块7带动旋转件5及第一旋转模块6整体移动，实现旋转件5伸入或退出炉体1，利用第一旋转模块6带动旋转件5旋转，实现坩埚2的翻转。直线运动模块7例如可以是常见的滑轨滑块结构、齿轮齿条结构、丝杆螺母结构等，第一旋转模块6例如可以是常见的电机、摆动气缸、凸轮机构等；设置第一隔热板61，有利于减少旋转件5的热量对于运动模块的影响，保证各运动模块的正常运行及使用寿命等。
进一步地，本实施例中，升降模块4上设有用于带动底托3旋转的第二旋转模块8，也即通过设置第二旋转模块8带动底托3旋转，进而带动坩埚2旋转，有利于保证坩埚2各向温度等因素的一致性，提高晶体生长质量。作为优选的技术方案，旋转件5的旋转轴线水平布置，第二旋转模块8的旋转轴线竖直布置，有利于保正坩埚2旋转、升降及翻转运动的稳定性、可靠性。当然由于加工精度、安装精度等造成误差，在其他实施例中允许在适当范围内有一定角度偏差。
更进一步地，本实施例中，第二旋转模块8上设有用于隔离底托3的第二隔热板81以及水冷板82，水冷板82位于第二隔热板81下方。由于底托3上部长时间位于炉体1内部的高温环境中，温度极高，设置第二隔热板81及水冷板82，有利于减少底托3的热量传递至第二旋转模块8、升降模块4，保证各运动模块的正常运行及使用寿命等。
进一步地，本实施例中，坩埚2侧壁的上下两端(具体为坩埚容器25上下两端)设有第一连接部21，两第一连接部21之间设有用来与旋转件5可拆卸连接的第二连接部22，底托3的上端设有用来与第一连接部21可拆卸连接的第三连接部31。坩埚2侧壁的上下两端均设有第一连接部21，翻转前后均可与底托3上端的第三连接部31连接，便于随底托3同步旋转；第二连接部22设置于两第一连接部21之间，有利于保持坩埚2翻转时的稳定性，作为优选的技术方案，第二连接部22设置于坩埚2侧壁中部，翻转前后第二连接部22的高度不发生变化，有利于旋转件5快速与第二连接部22连接，减少坩埚2的升降调节过程。
作为优选的技术方案，本实施例中，第一连接部21为第一定位孔，第三连接部31为第一定位柱，第二连接部22包括用于限制坩埚2相对旋转件5旋转的限位凹槽23、以及用于定位旋转件5的第二定位孔24，第二定位孔24位于限位凹槽23内，旋转件5上设有与限位凹槽23配合的限位部51、以及与第二定位孔24配合的第二定位柱52，该连接结构简单、可靠，连接方便且易于相互分离。当然在其他实施例中，也可采用其他已知的各类可拆卸连接结构实现功能。
进一步地，本实施例中，坩埚2包括坩埚容器25、挡盖26、以及用于锁紧坩埚容器25和挡盖26的插销27。由于坩埚2需要翻转，常规的坩埚2盖板通常仅盖合于坩埚容器25上，翻转时会掉落，不再适用，通过设置插销27将坩埚容器25和挡盖26锁紧、连接为成整体，能够用于翻转，且结构简单、可靠。
实施例二
图4示出了本发明单晶生长设备的使用方法的一种实施例，本实施例单晶生长设备的使用方法，包括对坩埚2进行翻转，翻转过程包括：
S1、夹持坩埚2：打开炉盖12，两件旋转件5从通道11伸入炉体1内并夹持住坩埚2；当然若工艺过程中，坩埚2上的各连接位置与通道11不对准，则可通过升降模块4、第二旋转模块8调节器位置；若旋转件5上各连接部位置存在差异则可通过第一旋转模块6进行旋转调节；
S2、底托3下降：升降模块4带动底托3下降让出坩埚2翻转的空间；
S3、坩埚2翻转：两件旋转件5带动坩埚2旋转180°，使得坩埚2上下两端实现调换，有利于晶体生长；
S4、坩埚2放置：升降模块4带动底托3上升支撑坩埚2，旋转件5从通道11退出炉体1，关闭炉盖12。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种单晶生长设备，包括炉体(1)、坩埚(2)，其特征在于：还包括两件用于带动坩埚(2)旋转的旋转件(5)，所述炉体(1)底部设有底托(3)，所述坩埚(2)布置于所述底托(3)上，所述底托(3)配设有用于驱动底托(3)上下运动的升降模块(4)，两件所述旋转件(5)相对布置于所述炉体(1)的两侧，所述炉体(1)的侧壁上设有供所述旋转件(5)伸入炉体(1)内的通道(11)，所述通道(11)配设有炉盖(12)。
2.根据权利要求1所述的单晶生长设备，其特征在于：两件所述旋转件(5)中的一件为主动旋转件，另一件为从动旋转件；或两件所述旋转件(5)均为主动旋转件并同步旋转。
3.根据权利要求2所述的单晶生长设备，其特征在于：所述旋转件(5)设于一第一旋转模块(6)上，所述第一旋转模块(6)设于一直线运动模块(7)上，所述第一旋转模块(6)上设有用于隔离所述旋转件(5)的第一隔热板(61)，所述直线运动模块(7)与所述通道(11)平行布置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的单晶生长设备，其特征在于：所述升降模块(4)上设有用于带动所述底托(3)旋转的第二旋转模块(8)。
5.根据权利要求4所述的单晶生长设备，其特征在于：所述旋转件(5)的旋转轴线水平布置，所述第二旋转模块(8)的旋转轴线竖直布置。
6.根据权利要求4所述的单晶生长设备，其特征在于：所述第二旋转模块(8)上设有用于隔离所述底托(3)的第二隔热板(81)以及水冷板(82)，所述水冷板(82)位于所述第二隔热板(81)下方。
7.根据权利要求4所述的单晶生长设备，其特征在于：所述坩埚(2)侧壁的上下两端设有第一连接部(21)，两所述第一连接部(21)之间设有用来与所述旋转件(5)可拆卸连接的第二连接部(22)，所述底托(3)的上端设有用来与所述第一连接部(21)可拆卸连接的第三连接部(31)。
8.根据权利要求7所述的单晶生长设备，其特征在于：所述第一连接部(21)为第一定位孔，所述第三连接部(31)为第一定位柱，所述第二连接部(22)包括用于限制坩埚(2)相对所述旋转件(5)旋转的限位凹槽(23)、以及用于定位所述旋转件(5)的第二定位孔(24)，所述第二定位孔(24)位于所述限位凹槽(23)内，所述旋转件(5)上设有与所述限位凹槽(23)配合的限位部(51)、以及与所述第二定位孔(24)配合的第二定位柱(52)。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的单晶生长设备，其特征在于：所述坩埚(2)包括坩埚容器(25)、挡盖(26)、以及用于锁紧坩埚容器(25)和挡盖(26)的插销(27)。
10.一种权利要求1至9中任一项所述的单晶生长设备的使用方法，其特征在于：包括对坩埚(2)进行翻转，翻转过程包括：
S1、夹持坩埚(2)：打开炉盖(12)，两件旋转件(5)从通道(11)伸入炉体(1)内并夹持住坩埚(2)；
S2、底托(3)下降：升降模块(4)带动底托(3)下降让出坩埚(2)翻转的空间；
S3、坩埚(2)翻转：两件旋转件(5)带动坩埚(2)旋转180°；
S4、坩埚(2)放置：升降模块(4)带动底托(3)上升支撑坩埚(2)，旋转件(5)从通道(11)退出炉体(1)，关闭炉盖(12)。
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