CN111575784B - 一种晶体制备装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于制备受激发射器件中的晶体的晶体制备装置。该装置包括：炉膛，所述炉膛内设置温场和热源；真空装置，所述真空装置与所述温场相连接；提拉杆，所述提拉杆的至少一部分位于所述温场内；以及运动装置，所述运动装置与所述提拉杆传动连接以带动所述提拉杆上下运动和/或旋转。本申请通过将温场与真空装置密封连接，可以使晶体生长过程处于真空环境下，然后通过运动装置与提拉杆传动连接以带动提拉杆上下运动和/或旋转，可以实现对晶体生长过程的自动控制，并且还可以根据晶体的生长情况进一步调整运动装置的提拉和/或旋转参数，从而保证晶体生长的均匀性和一致性。

Description

一种晶体制备装置

优先权声明

本申请要求2019年8月21日提交的国际申请PCT/CN2019/101698和2019年8月21日提交的中国申请201910772691.X的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及受激发射器件技术领域，特别涉及一种用于制备受激发射器件中的晶体的晶体制备装置。

背景技术

受激发射器件是一种受外界条件(例如，γ射线、X射线)激发以使电子发生能态跃迁，从而发射光的器件。随着科技的发展，受激发射器件广泛应用于工业、医疗、科研、通讯、军事等领域。受激发射器件中通常需要使用各种晶体材料(例如，闪烁晶体、激光晶体)。为了保证所制备的晶体的质量从而提高受激发射器件的性能，晶体制备装置需满足相对严格的要求，例如，密闭、真空等。然而，常见的晶体制备装置结构复杂且真空环境控制难度较大，不利于晶体的稳定生长。因此，有必要提供一种晶体制备装置，可以满足真空度要求，从而制备高质量的晶体。

发明内容

本申请实施例之一提供一种晶体制备装置。该晶体制备装置包括：炉膛，所述炉膛内设置温场和热源；真空装置，所述真空装置与所述温场相连接；提拉杆，所述提拉杆的至少一部分位于所述温场内；以及运动装置，所述运动装置与所述提拉杆传动连接以带动所述提拉杆上下运动和/或旋转。

在一些实施例中，炉膛包括炉体和炉盖，其中，所述炉盖设置于所述炉体顶部；以及所述炉盖设置第一通孔，通过所述第一通孔放置所述温场。

在一些实施例中，晶体制备装置还包括冷却结构，所述冷却结构设置于所述炉体的侧壁或所述炉盖上。

在一些实施例中，温场包括：筒，所述筒包括第一开口和第二开口，所述第一开口位于所述筒的第一端，所述第二开口位于所述筒的第二端；填充体，所述填充体填充于所述筒内部；第一密封件，所述第一密封件设置于所述第一端，与所述第一开口密封连接；以及第二密封件，所述第二密封件设置于所述第二端，与所述第二开口密封连接，其中，所述第二密封件上设有第二通孔和第三通孔，所述温场通过所述第二通孔与所述真空装置密封连接，所述提拉杆通过第三通孔伸入所述筒内。

在一些实施例中，温场包括：第一筒，所述第一筒包括第一开口和第二开口，所述第一开口位于所述第一筒的第一端，所述第二开口位于所述第一筒的第二端；第二筒，所述第二筒设置于所述第一筒内部；填充体，所述填充体填充于所述第二筒内部和/或所述第二筒与所述第一筒之间的空隙中；第一密封件，所述第一密封件设置于所述第一端，与所述第一开口密封连接；第二密封件，所述第二密封件设置于所述第二端，与所述第二开口密封连接，其中，所述第二密封件上设有第二通孔和第三通孔，所述温场通过所述第二通孔与所述真空装置密封连接，所述提拉杆通过第三通孔伸入所述第一筒内；以及盖板，所述盖板设置于所述第二筒顶部，其中，所述盖板上开设有与第三通孔对应的第四通孔，所述提拉杆通过第四通孔伸入所述第二筒内。

在一些实施例中，填充体为耐高温材料制成。

在一些实施例中，筒、所述第一筒或所述第二筒包括石英管、刚玉管、锆管或由耐高温材料制成的筒。

在一些实施例中，第一密封件或所述第二密封件为冷却密封件，所述冷却密封件中通入冷却介质进行冷却。

在一些实施例中，运动装置包括提拉组件，用于控制所述提拉杆的上下移动，所述提拉组件包括：立柱，所述立柱上设置有滑轨；丝杆，所述丝杆与所述滑轨平行设置；滑块，所述滑块套设于所述丝杆上，所述滑块至少一部分位于所述滑轨内，所述丝杆的转动能够带动所述滑块沿所述滑轨上下移动；以及第一驱动单元，所述第一驱动单元与所述丝杆相连接。

在一些实施例中，运动装置还包括旋转组件，用于控制所述提拉杆的转动，所述旋转组件设置于所述滑块上。

在一些实施例中，晶体制备装置还包括称重装置，用于检测所述提拉杆上晶体的重量，所述称重装置设置于所述滑块上。

在一些实施例中，旋转组件包括：传动组件，所述传动组件与所述称重装置相连接；以及第二驱动单元，所述第二驱动单元通过所述传动组件带动所述称重装置的转动。

在一些实施例中，称重装置包括：称重室；以及称重传感器，其中，所述称重传感器设置于所述称重室内部；所述称重传感器的一端与所述提拉杆固连；以及所述称重传感器的另一端与所述称重室的顶部固连。

在一些实施例中，提拉杆至少包括中杆及籽晶杆，其中，所述中杆的一端和所述称重室固连；所述中杆穿过所述滑块上设置的通孔；所述中杆具有中空结构；所述籽晶杆穿过所述中杆；所述籽晶杆的一端与所述称重传感器相连；以及所述籽晶杆的另一端连接籽晶。

在一些实施例中，晶体制备装置还包括密封套管，以使所述提拉杆处于密闭环境，其中，所述密封套管的一端与所述温场顶部密封连接；以及密封套管的另一端与所述滑块的下端面密封连接。

附图说明

本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：

图1是根据本申请一些实施例所示的示例性晶体制备装置的结构示意图；

图2是根据本申请一些实施例所示的示例性晶体制备装置的右视图；

图3是根据本申请一些实施例所示的示例性晶体制备装置的剖视图；

图4是根据本申请一些实施例所示的示例性炉膛的截面示意图；

图5是根据本申请一些实施例所示的示例性炉盖的结构示意图；

图6是根据本申请一些实施例所示的示例性温场的结构示意图；

图7是根据本申请又一些实施例所示的示例性温场的结构示意图；

图8是根据本申请一些施例所示的示例性温场的截面示意图；

图9是根据本申请一些实施例所示的示例性观察件的结构示意图；

图10是根据本申请一些实施例所示的示例性运动装置的结构示意图；

图11是根据本申请一些实施例所示的示例性运动装置中的提拉组件的结构示意图；

图12是根据本申请一些实施例所示的示例性运动装置中的旋转组件的结构示意图；

图13是根据本申请一些实施例所示的示例性称重装置的结构示意图。

图中，100为晶体制备装置，110为炉膛，120为提拉杆，130为运动装置，140为温场，150为热源，111为炉体，112为炉盖，113为冷却结构，1121为第一通孔，114为炉架，141为筒，142为填充体，143为第一密封件，144为第二密封件，1411为第一开口，1412为第二开口，1441为第二通孔，1442为第三通孔，1443为观察件，1444为第五通孔，145为埚，141-1为第一筒，141-2为第二筒，146为盖板，1461为第四通孔，1462为第六通孔，1443-1为第一部，1443-2为第二部，1443-3为观察窗，131为提拉组件，132为旋转组件，133为称重装置，1311为立柱，1312为丝杆，1313为滑块，1314为第一驱动单元，1314-1为提拉电机，1314-2为提拉驱动器，1314-3为减速器，1314-4为连轴器，1314-5为安装座，1321为第二驱动单元，1321-1为旋转电机，1321-2为旋转驱动器，1321-3为安装座，1322为传动组件，1322-1为皮带轮，1322-2为皮带，1331为称重室，1332为称重传感器，121为中杆，122为籽晶杆，160为密封套管。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模组”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。

图1是根据本申请一些实施例所示的示例性晶体制备装置的结构示意图；图2是根据本申请一些实施例所示的示例性晶体制备装置的右视图；图3是根据本申请一些实施例所示的示例性晶体制备装置的剖视图；图4是根据本申请一些实施例所示的示例性炉膛的截面示意图；图5是根据本申请一些实施例所示的示例性炉盖的结构示意图。以下将结合图1-5对本申请实施例所涉及的晶体制备装置100进行详细说明。值得注意的是，以下实施例仅仅用以解释本申请，并不构成对本申请的限定。在一些实施例中，晶体制备装置100可以用于制备受激发射器件中所使用的各种晶体(例如，闪烁晶体、激光晶体)。

如图1-3所示，晶体制备装置100可以包括炉膛110、真空装置(图中未示出)、提拉杆120和运动装置130。

炉膛110可以是圆柱体、立方体、多棱柱体(例如，三棱柱、五棱柱体、六棱柱体)等。例如，如图4所示，炉膛110可以是直径500-1400mm以及高600-1600mm的圆柱体。

在一些实施例中，如图3所示，炉膛110内可以设置温场140和热源150。温场140可以作为晶体生长的场所，热源150可以用于加热温场140，以满足晶体生长所需的温度要求。在一些实施例中，热源150可以为感应线圈。在一些实施例中，感应线圈的参数可以是：内径为200-680mm，高为155-420mm以及匝数为5-9匝。在一些实施例中，热源150可以与温场140和炉膛110竖直同心布置，且位于温场140外。在一些实施例中，热源150可以与中频电源连接，中频电源可以使热源150产生交变的电磁场，从而加热温场140。中频电源的额定功率可以为是30-120kW以及工作频率可以是2.2-15kH。关于温场140的更多描述可见本申请其他位置(例如，图6-8及其描述)。

在一些实施例中，炉膛110可以包括炉体111和炉盖112。炉盖112可以设置于炉体111的顶部。在一些实施例中，如图5所示，炉盖112上可以设置第一通孔1121，可以通过第一通孔1121放置温场140。在一些实施例中，温场140的高度可以高于炉盖112的高度，即温场140的一部分在炉膛110的内部，另一部分在炉膛110的外部。在一些实施例中，温场140的高度可以不大于炉盖112的高度(例如，温场140的上端面可以与炉盖112齐平，也可以低于炉盖112)，即温场140设置在炉膛110内部。在一些实施例中，炉膛110可以设计为非密闭结构，即通过炉盖112上设置的第一通孔1121放置温场140后，炉盖112与温场140外壁之间可以不密封。该设计可以方便将温场140从炉膛110中放置或取出，并有利于节省制造及维护成本。

在一些实施例中，如图5所示，晶体生长装置100还可以包括冷却结构113，用于对炉膛110进行冷却。在一些实施例中，冷却结构113可以设置于炉体111的侧壁或炉盖112上。在一些实施例中，冷却结构113可以包括至少一圈金属管。该金属管的横截面形状可以包括圆形、方形、椭圆形或其他形状。该铜管的横截面直径或边长可以为8-20mm。该金属管的材质可以包括铜、不锈钢等。在一些实施例中，可以向冷却结构113中通入冷却介质。冷却介质可以包括冷却气体、冷却液体(例如，冷却水或冷却油)等。

在一些实施例中，炉膛110底部还可以设置炉架114，用于承载炉膛110、温场140、热源150等组件。在一些实施例中，炉膛110与炉架114可以为一体成型。在一些实施例中，炉膛110可以与炉架114固定连接(如螺栓连接、焊接、铰接)。在一些实施例中，炉膛110可以直接放置于炉架114上。在一些实施例中，炉架114可以为立方体或圆柱体的钢架结构。例如，炉架114可以为长1000-1900mm、宽750-1700mm以及高1100-2000mm的立方体钢架结构。在一些实施例中，炉架114的支脚可以为圆形或方形钢管。在一些替代性实施例中，炉架114也可以为本领域技术人员所熟知的其他合理结构，本申请对此不做限制。

真空装置可以与温场140相连接，用于使温场140内部处于真空环境或低于标准大气压的气压环境。例如，处于冷却状态下的温场140内部的压力可以为5.5×10^-4Pa。在一些实施例中，真空装置可以包括真空泵和惰性气体钢瓶。在一些实施例中，温场140上部可以开设有通孔，可以通过该通孔以及相应的管道实现温场140与真空装置的固连(如，螺栓连接、焊接)及连通。真空装置和温场140的具体连接方式可见本申请其他位置(例如，图6-8及其描述)。

提拉杆120可以至少一部分伸入温场140内，以进行晶体生长。

运动装置130可以与提拉杆120传动连接以带动提拉杆120上下运动和/或旋转。关于运动装置130的更多描述可见本申请其他位置，例如，图10-12及其描述。

应当注意的是，上述有关晶体制备装置100的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本申请的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本申请的指导下可以对晶体制备装置100进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本申请的范围之内。例如，晶体制备装置100还可以包括控制系统，控制系统可以根据晶体生长工艺参数的要求控制运动装置130的运动参数(例如，运动方向和/或运动速度)，实现晶体生长的自动控制，进而可以减少因人工参与而导致晶体生长一致性不稳定的情况。

图6是根据本申请一些实施例所示的示例性温场的结构示意图。如图6所示，温场140可以包括筒141、填充体142、第一密封件143和第二密封件144。

筒141可以是圆柱体、立方体、多棱柱体(例如，三棱柱、五棱柱体、六棱柱体)等。在一些实施例中，筒141可以包括第一开口1411和第二开口1412，第一开口1411可以位于筒141的第一端(例如，底端)，第二开口1412可以位于筒141的第二端(例如，顶端)。在一些实施例中，筒141可以包括石英管、刚玉管、锆管、石墨管、碳纤维管、陶瓷管或由耐高温材料(例如，稀土金属的硼化物、碳化物、氮化物、硅化物、磷化物、硫化物)制成的筒。

在一些实施例中，筒141的内径可以为180-650mm。较为优选地，筒141的内径可以为200-630mm。更为优选地，筒141的内径可以为220-610mm。更为优选地，筒141的内径可以为250-580mm。更为优选地，筒141的内径可以为270-560mm。更为优选地，筒141的内径可以为300-530mm。更为优选地，筒141的内径可以为310-520mm。更为优选地，筒141的内径可以为280-500mm。更为优选地，筒141的内径可以为300-480mm。更为优选地，筒141的内径可以为320-450mm。更为优选地，筒141的内径可以为350-430mm。更为优选地，筒141的内径可以为370-430mm。更为优选地，筒141的内径可以为400-420mm。

在一些实施例中，筒141的厚度可以为1-15mm。较为优选地，筒141的厚度可以为3-12mm。更为优选地，筒141的厚度可以为5-10mm。更为优选地，筒141的厚度可以为6-9mm。更为优选地，筒141的厚度可以为7-8mm。

在一些实施例中，筒141的高度可以为600-1800mm。较为优选地，筒141的高度可以为700-1700mm。更为优选地，筒141的高度可以为800-1600mm。更为优选地，筒141的高度可以为900-1500mm。更为优选地，筒141的高度可以为1000-1400mm。更为优选地，筒141的高度可以为1100-1300mm。更为优选地，筒141的高度可以为1150-1250mm mm。更为优选地，筒141的高度可以为1160-1240mm。更为优选地，筒141的高度可以为1170-1230mm。更为优选地，筒141的高度可以为1180-1220mm。更为优选地，筒141的高度可以为1190-1210mm。更为优选地，筒141的高度可以为1195-1205mm。

填充体142可以填充于筒141内部，用于保温温场140。在一些实施例中，填充体142可以为耐高温材料制成，例如，氧化硅、刚化铝、氧化锆、石墨、碳纤维、陶瓷、稀土金属的硼化物、碳化物、氮化物、硅化物、磷化物、硫化物等。在一些实施例中，填充体142可以为颗粒状的物质，例如，锆砂(锆的硅酸盐化合物)、氧化锆颗粒、氧化铝颗粒、氧化锆毡、氧化锆砖、氧化铝砖或其它耐高温颗粒状材料。

在一些实施例中，填充体142的粒度可以为5-200目。较为优选地，填充体142的粒度可以是10-190目。更为优选地，填充体142的粒度可以是20-180目。更为优选地，填充体142的粒度可以是30-170目。更为优选地，填充体142的粒度可以是40-160目。更为优选地，填充体142的粒度可以是50-150目。更为优选地，填充体142的粒度可以是60-140目。更为优选地，填充体142的粒度可以是70-130目。更为优选地，填充体142的粒度可以是80-120目。更为优选地，填充体142的粒度可以是90-110目。更为优选地，填充体142的粒度可以是95-105目。

在一些实施例中，填充体142可以毡状物质，例如，氧化锆毡。在一些实施例中，填充体142可以是砖状物质，例如，氧化锆砖、氧化铝砖等。填充于第二筒内部的砖状填充体的尺寸可以小于第二筒的内径，该砖状填充体的上表面可以制作为弧形以放置埚145。在一些实施例中，填充体142可以是颗粒物、砖、或毡中的任意两种或更多的混合体。例如，填充体142可以是包括氧化锆毡和锆砂、氧化锆颗粒、氧化铝颗粒、氧化锆砖和氧化铝砖等或其它耐高温颗粒状材料中的一种或以上的混合物。

在一些实施例中，填充体142可以包覆埚145(其用于盛放反应物料)的一部分，例如，底部和侧壁。为了防止填充体142掉入埚145中污染反应物料，埚145的上沿可以高出填充体142的填充高度。在一些实施例中，填充体142的相关参数(例如，厚度、高度、松紧程度)可以影响埚145的位置、温场140内部的散热空间大小、晶体生长所需的温度梯度等。因此，可以通过改变填充体142的相关参数，以满足不同的晶体生长要求。在一些实施例中，埚145可以是由铱金属(Ir)、钼金属(Mo)、钨金属(W)、铼金属(Re)、石墨(C)、钨钼合金等制成。优选地，埚145可以是铱埚。在一些实施例中，埚145和筒141可以同心布置。

在一些实施例中，埚145的直径可以为60-400mm。较为优选地，埚145的直径可以是80-370mm。更为优选地，埚145的直径可以是100-350mm。更为优选地，埚145的直径可以是120-330mm。更为优选地，埚145的直径可以是150-300mm。更为优选地，埚145的直径可以是170-270mm。更为优选地，埚145的直径可以是200-250mm。更为优选地，埚145的直径可以是210-240mm。更为优选地，埚145的直径可以是220-230mm。

在一些实施例中，埚145的厚度可以为2-4mm。更为优选地，埚145的厚度可以是2.2-3.8mm。更为优选地，埚145的厚度可以是2.5-3.5mm。更为优选地，埚145的厚度可以是2.6-3.4mm。更为优选地，埚145的厚度可以是2.7-3.3mm。更为优选地，埚145的厚度可以是2.8-3.2mm。更为优选地，埚145的厚度可以是2.9-3.1mm。

在一些实施例中，埚145的高度可以是60-250mm。较为优选地，埚145的高度可以是80-220mm。更为优选地，埚145的高度可以是100-200mm。更为优选地，埚145的高度可以是110-190mm。更为优选地，埚145的高度可以是120-180mm。更为优选地，埚145的高度可以是130-170mm。更为优选地，埚145的高度可以是140-160mm。更为优选地，埚145的高度可以是145-155mm。

第一密封件143可以设置于筒141的第一端(例如，底端)，与第一开口1411密封连接(例如，胶接或通过密封圈卡接)。第二密封件144可以设置于筒141的第二端(例如，顶端)，与第二开口1412密封连接(例如，胶接或通过密封圈卡接)。在一些实施例中，第一密封件143或第二密封件144可以为法兰。在一些实施例中，第一密封件143或第二密封件144可以为冷却法兰，冷却法兰中可以通入冷却介质(例如，冷却气体、冷却水、冷却油)进行冷却，以防止因第一密封件143或第二密封件144与筒141连接处的连接件(如，硅胶密封圈)的温度过高，从而影响筒141的密闭性。

在一些实施例中，第二密封件144上可以设有第二通孔1441，温场140可以通过第二通孔1441与真空装置密封连接(例如，螺栓连接或焊接)。在一些实施例中，第二密封件144上可以设有第三通孔1442，提拉杆120可以通过第三通孔1442伸入筒141内，以放置于埚145上方进行晶体生长。

在一些实施例中，第二密封件144上还可以设置观察件1443，观察件1443可以通过第二密封件144上的第五通孔1444与第二密封件144相连接。在一些实施例中，观察件1443可以是一端(上端)封闭，一端(下端)开口的管状器件。如图9所示，观察件1443可以包括第一部1443-1、第二部1443-2和观察窗1443-3，其中第一部1443-1的下端开口。

第一部1443-1的下端的形状和/或尺寸与第五通孔1444的形状和/或尺寸相匹配，以实现观察件1443与第二密封件144的固定连接，例如，铆接、螺纹连接等。第一部1443-1的下端的形状和/或尺寸与第五通孔1444的形状和/或尺寸相匹配可以是第五通孔1444的形状与第一部1443-1的下端的形状一致或大体一致，以及第五通孔1444的尺寸大于第一部1443-1的下端的尺寸且第五通孔1444的尺寸与第一部1443-1的下端的尺寸的差值小于第一预设尺寸阈值(例如，3mm)。第一预设尺寸阈值可以是默认值，也可以根据不同情况调整。

观察件1443与第二密封件144连接后，第二部1443-2突出在第二密封件144外。第二部1443-2的尺寸可以大于等于第一部1443-1的尺寸。

观察窗1443-3可以设置于观察件1443的顶部且由透明的材料制成，例如，石英、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸脂(PC)等。用户(例如，工厂工人)可以透过观察窗1443-3了解温场140内部的情况。

图7是根据本申请又一些实施例所示的示例性温场的结构示意图；图8是根据本申请一些施例所示的示例性温场的截面示意图。在一些实施例中，温场140可以包括两个筒。如图7所示，温场140可以包括第一筒141-1、第二筒141-2、填充体142、第一密封件143、第二密封件144和盖板146。

第一筒141-1与筒141可以是相同材质、形状和/或尺寸的筒。在一些实施例中，第一筒141-1可以包括第一开口1411和第二开口1412，第一开口1411可以位于第一筒141-1的第一端，第二开口1412可以位于第一筒141-1的第二端。关于第一筒141-1的更多内容可以参见上述筒141的描述，在此不再赘述。

第二筒141-2可以设置于第一筒141-1内部。在一些实施例中，第二筒141-2可以由耐热性能的材质制成，以使晶体生长过程中温场140内的温度可以保持稳定。第二筒141-2可以包括石英管、刚玉管、锆管、石墨管、碳纤维管、陶瓷管或由耐高温材料(例如，硼化物、碳化物、氮化物、硅化物、磷化物、硫化物)制成的筒。优选地，第二筒141-2可以是由氧化锆制成的锆管。

在一些实施例中，第二筒141-2的内径可以为70-300mm。较为优选地，第二筒141-2的内径可以为100-270mm。更为优选地，第二筒141-2的内径可以为120-250mm。更为优选地，第二筒141-2的内径可以为150-220mm。更为优选地，第二筒141-2的内径可以为170-200mm。更为优选地，第二筒141-2的内径可以为180-270mm。

在一些实施例中，第二筒141-2的厚度可以为8-30mm。较为优选地，第二筒141-2的厚度可以为10-30mm。更为优选地，第二筒141-2的厚度可以为15-25mm。更为优选地，第二筒141-2的厚度可以为16-24mm。更为优选地，第二筒141-2的厚度可以为17-23mm。更为优选地，第二筒141-2的厚度可以为18-22mm。更为优选地，第二筒141-2的厚度可以为19-21mm。

在一些实施例中，第二筒141-2的高度可以小于第一筒141-1的高度。在一些实施例中，第二筒141-2的高度可以与第一筒141-1的高度相同。

填充体142可以填充于第二筒141-2内部，和/或第二筒141-2与第一筒141-1之间的空隙中。当填充体142填充于第二筒141-2与第一筒141-1之间的空隙中时，如果第一筒141-1出现裂隙，那么填充体142可以充当保温层，以防止温场140内部与外界直接连通而导致温度梯度的剧烈变化，对温度突变起到缓冲作用，从而降低因温度突变造成的对晶体生长的影响。

在一些实施例中，填充体142可以包覆埚145(其用于盛放反应物料)的一部分，例如，底部和侧壁。在一些实施例中，填充体142在第二筒141-2与第一筒141-1之间的空隙中的填充高度可以小于或等于第二筒141-2的高度。在一些实施例中，第一筒141-1、第二筒141-2和埚145可以同心布置。例如，如图8所示，温场140从外到内的部件依次为第一筒141-1、填充体142、第二筒141-2、填充体142和埚145。关于关于填充体142和埚145的更多内容可以参见前述描述，在此不再赘述。

第一密封件143可以设置于第一筒141-1的第一端(例如，底端)，与第一开口1411密封连接(例如，胶接或通过密封圈卡接)。第二密封件144可以设置于第一筒141-1的第二端(例如，顶端)，与第二开口1412密封连接(例如，胶接或通过密封圈卡接)。在一些实施例中，第二密封件144上可以设有第二通孔1441，温场140可以通过第二通孔1441与真空装置密封连接(例如，螺栓连接或焊接)。在一些实施例中，第二密封件144上可以设有第三通孔1442，提拉杆120可以通过第三通孔1442伸入第一筒141-1内。关于第一密封件143和第二密封件144的更多内容可以参见前述描述，在此不再赘述。

在一些实施例中，第二密封件144上可以设置观察件1443。关于观察件1443的更多内容可见本申请其他位置，例如，图9及其描述。

盖板146可以设置于第二筒141-2顶部。在一些实施例中，盖板146可以与第二筒141-2固定连接，例如，焊接、铆接、螺栓、粘接等。在一些实施例中，盖板146可以由隔热性能良好的材料制成，以达到保温、隔热的作用。例如，盖板146可以是氧化铝板、氧化锆板、陶瓷板、金属板或其他耐高温材料(例如，稀土金属的硼化物、碳化物、氮化物、硅化物、磷化物或硫化物)。盖板146的直径由第一筒141-1的内径和第二筒141-2的外径决定。在一些实施例中，盖板146可以与第一筒141-1的内壁完全贴合，盖板146的直径可以大于等于第二筒141-2的外径且小于第一筒141-1的内径。由于盖板146完全覆盖了第二筒141-2上端的开口，因此可以防止第一筒141-1与第二筒141-2之间的空隙中填装的填充体142掉入第二筒141-2内，污染埚145中的反应物料。

在一些实施例中，盖板146上可以开设有与第三通孔1442对应的第四通孔1461，使得提拉杆120可以通过第三通孔1442和第四通孔1461伸入第二筒141-2内，以放置于埚145上方进行晶体生长。“第四通孔1461与第三通孔1442对应”可以是第四通孔1461的中心线方向与第三通孔1442的中心线方向一致或大体一致与且第四通孔1461的中心线与第三通孔1442的中心线的距离小于第二预设阈值(例如，3mm)。第二预设尺寸阈值可以是默认值，也可以根据不同情况调整。

在一些实施例中，盖板146上还可以开设有与第五通孔1444对应的第六通孔1462，使得通过用户通过观察窗1443可以观察第二筒141-2内部的情况。“第六通孔1462与第五通孔1444对应”可以是第六通孔1462的中心线方向与第五通孔1444的中心线方向一致或大体一致且第六通孔1462的中心线与第五通孔1444的中心线的距离小于第三预设阈值(例如，2mm)。第三预设尺寸阈值可以是默认值，也可以根据不同情况调整。

图10是根据本申请一些实施例所示的示例性运动装置的结构示意图；图11是根据本申请一些实施例所示的示例性运动装置中的提拉组件的结构示意图；图12是根据本申请一些实施例所示的示例性运动装置中的旋转组件的结构示意图；图13是根据本申请一些实施例所示的示例性称重装置的结构示意图。以下将结合图10-13对本申请实施例所涉及的运动装置130进行详细说明。值得注意的是，以下实施例仅仅用以解释本申请，并不构成对本申请的限定。

如图10所示，运动装置130可以包括提拉组件131和旋转组件132，分别用于控制提拉杆120的上下移动和旋转。

如图11所示，提拉组件131可以包括立柱1311、丝杆1312、滑块1313和第一驱动单元1314。

立柱1311上可以设置有滑轨，立柱1311下端可以与炉架114固定连接(如，螺栓连接、焊接、铰接、卡接等)，以使提拉组件131可以固定于炉架114上。丝杆1312可以与滑轨平行设置。在一些实施例中，丝杆1312可以为滚珠丝杆。在一些实施例中，丝杆1312的有效行程可以为300-1200mm、导程可以为5-20mm、直径可以为16-35mm。在一些实施例中，丝杆1312的垂直度可以小于0.2°。滑块1313可以套设于丝杆1312上，且与丝杆1312为螺纹配合；滑块1313的至少一部分位于滑轨内，通过丝杆1312的转动(正转或反转)可以带动滑块1313沿滑轨上下移动。

第一驱动单元1314可以包括提拉电机1314-1、提拉驱动器1314-2、减速器1314-3、连轴器1314-4和安装座1314-5。提拉电机1314-1、提拉驱动器1314-2、减速器1314-3和连轴器1314-4可以通过安装座1314-5固定设置于(例如，螺栓连接、焊接或铰接)立柱1311顶部。在一些实施例中，第一驱动单元1314可以与丝杆1312相连接，以驱动丝杆旋转，进一步带动滑块1313沿滑轨上下移动。例如，丝杆1312的一端可以通过连轴器1314-4与减速器1314-3固定连接(如，螺栓连接、焊接、铰接、卡接等)。通过控制提拉电机1314-1的旋转方向和/或旋转速度，可以控制丝杆1312的旋转方向和/或旋转速度。具体地，控制系统可以发送信号至提拉驱动器1314-2以控制提拉电机1314-1的旋转方向和旋转速度。再经过减速器1314-3减速后，通过减速器1314-3和连轴器1314-4的传动作用，带动丝杆1312以合适的旋转方向和/或旋转速度进行转动，从而进一步带动滑块1313以合适的速度上下移动，即将丝杆1312的转动位置转化为滑块1313的竖直位移。在一些实施例中，提拉电机1314-1的提拉速度可以为0.1-10mm/h，快拉速度可以为0.1-3600mm/h，精度＞0.01mm/h。

在一些实施例中，晶体制备装置100还可以包括称重装置133，用于检测提拉杆120上晶体的重量。如图12所示，称重装置133可以设置于滑块1313上，通过滑块1313的上下移动可以带动称重装置133的上下移动。在一些实施例中，称重装置133设置于滑块1313上的方式可以是螺栓连接、焊接、铰接或卡接等。在一些实施例中，可以将称重装置133放置在滑块1313上而不进行任何形式的连接，仅依靠称重装置133的重力稳定于滑块1313上。

在一些实施例中，控制系统可以与称重装置133具有信号连接，用于接收称重装置133的输出信号(例如，提拉杆120上晶体的重量)。在一些实施例中，称重装置133的输出信号可以通过水银滑环输出。通过接收称重装置133的输出信号，控制系统可以确定晶体的重量、晶体重量的增加速度等信息，进而确定出晶体的结晶速度。根据晶体的结晶速度，控制系统可以进一步确定温场140的温度并发送控制信号至热源150的电源管理部分，以控制温场140的温度。

如图12所示，旋转组件132可以包括第二驱动单元1321以及传动组件1322。在一些实施例中，传动组件1322可以与称重装置133相连接，第二驱动单元1321可以通过传动组件1322带动称重装置133的转动，以控制提拉杆120的转动。在一些实施例中，称重装置133的转速可以为0.1～88rpm，精度可以为0.1rpm。

在一些实施例中，第二驱动单元1321可以包括旋转电机1321-1、旋转驱动器1321-2和安装座1321-3。旋转电机1321-1和旋转驱动器1321-2可以通过安装座1321-3固定设置(如，螺栓连接、焊接、铰接等)于滑块1313上。当滑块1313上下移动时，可以带动旋转组件132和称重装置133上下移动。在一些实施例中，传动组件1322可以包括皮带轮1322-1和皮带1322-2。第二驱动单元1321的输出转轴与皮带轮1322-1的转轴相连，通过控制旋转电机1321-1的旋转方向和/或旋转速度可以控制皮带轮1322-1的旋转方向和/或旋转速度。在一些实施例中，皮带轮1322-1上和称重装置133上可以套设有一根或多根皮带，皮带轮1322-1通过皮带连接可以带动称重装置133的转动。具体地，控制系统可以发送信号至旋转驱动器1321-2以控制旋转电机1321-1的旋转方向和/或旋转速度，通过皮带轮1322-1和皮带1322-2的传动作用，进一步带动称重装置133以合适的旋转方向和/或旋转速度进行转动。在一些替代性实施例中，传动组件1322可以为齿轮链条传动组件，包括齿轮和链条。第二驱动单元1321的输出转轴可以与齿轮连接。称重装置133的外壁可以设有齿状结构，链条可以套设在齿轮和称重装置133上，第二驱动单元1321通过齿轮链条连接带动称重装置133的转动。

如图13所示，称重装置133可以包括称重室1331和称重传感器1332。在一些实施例中，称重传感器1332可以设置于称重室1331内部。在一些实施例中，称重传感器1332可以包括光电式传感器、液压式传感器、电磁力式传感器、电容式传感器、磁极变形式传感器、振动式传感器、陀螺仪式传感器、电阻应变式传感器等。在一些实施例中，称重传感器1332的一端可以与提拉杆120固连(如，螺栓连接、焊接、铰接、卡接等)，另一端可以与称重室1331的顶部固连(如，螺栓连接、焊接、铰接、卡接等)。

在一些实施例中，如图13所示，提拉杆120可以至少包括中杆121及籽晶杆122。在一些实施例中，中杆121的一端可以与称重室1331固连(如，螺栓连接、焊接、铰接、卡接等)。如图12所示，中杆121可以穿过滑块1313上设置的通孔。通孔的上方和下方可以设置轴承，以便于称重室1331的转动，从而带动提拉杆120的转动。在一些实施例中，中杆121可以具有中空结构，籽晶杆122可以通过该中空结构穿过中杆121。在一些实施例中，籽晶杆122的一端可以与称重传感器1332相连(如，螺栓连接、焊接、铰接、卡接等)，籽晶杆122的另一端可以用于连接籽晶，以作为晶体生长的晶种。在一些实施例中，籽晶杆122的材质可以是铱、钼、陶瓷、不锈钢等耐高温的材料。通过称重装置133以合适的方向和/或速度上下移动和/或转动，可以带动籽晶杆122上的籽晶以合适的方向和/或速度上下移动和/或转动。籽晶杆122可以位于温场140内，并位于埚145的上方，从而可以使晶体沿籽晶杆122的籽晶生长。通过控制籽晶杆122上的籽晶的旋转方向、旋转速度和/或上下移动速度，可以控制晶体的生长速度。

在一些实施例中，如图1-3所示，晶体生长装置100还可以包括密封套管160，以使提拉杆120处于密闭环境。在一些实施例中，密封套管160的一端可以与温场140顶部密封连接。具体地，密封套管160的一端可以与第二密封件144上的第三通孔1442密封连接，以实现密封套管160与温场140的密封连接。例如，第三通孔1442可以与一段接管的一端密封连接(例如，焊接、螺纹连接或螺栓连接)，该一段接管的另一端与密封套管160的一端密封连接(例如，焊接或螺栓连接)。在一些实施例中，密封套管160的另一端可以与滑块1313的下端面密封连接(例如，焊接、胶接或螺栓连接)。在一些实施例中，密封套管160可以为可伸缩套管，使提拉杆120的上下移动或旋转不受密封套管160的尺寸的限制。

通过将密封套管160的上下两端分别与温场140顶部和滑块1313的下端面密封连接，可以使提拉杆120处于完全密闭的环境中。另外温场140又与真空装置密封连接，即真空装置、温场140以及密封套管160组成密封空间，可以使提拉杆120处于该密封空间中。通过真空泵抽真空或真空泵抽真空且补入惰性气体置换温场140内空气，可以使温场140的内部处于真空环境或者低于标准大气压的惰性气压环境，从而保证了晶体生长的均匀性和一致性。

应当注意的是，上述有关运动装置130和称重装置133的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本申请的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本申请的指导下可以进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本申请的范围之内。例如，滑块1313上可以设置挡板。挡板能够消除从炉盖112的第一通孔1121中辐射出来的热气流对称重装置133的影响，使称重装置133的重量信号波动更小、称重更准确。

在一些实施例中，通过晶体制备装置100制备晶体可以包括以下步骤：

(1)安装炉架及炉膛：安装炉架114及炉膛110的底部并调水平，水平度0.05mm/m；

(2)安装运动装置：安装运动装置130并调丝杆1312垂直度小于0.2度，同时上下两端垂直间距小于0.5mm；

(3)调整同心度：按晶体生长工艺要求安装热源150(感应线圈)；

调整温场140中第一筒141-1与第二筒141-2，使两者同心度小于1mm；按工艺要求装好埚145，并使热源150、温场140和埚145的同心度小于1mm；调整运动装置130使籽晶杆122与温场140同心，同心度小于0.5mm且籽晶杆从上到下或从下到上两端的垂直距离小于0.5mm；安装炉盖112，并调整炉盖112与温场140同心，同心度小于1mm；

(4)抽真空；安装密封套管160和真空系统，并在炉膛110冷却时，打开真空泵抽真空3小时至极限真空，或打开真空泵抽真空3小时并补入惰性气体至低于或高于标准大气压的惰性气压环境，以检测整个设备系统的密封性；

(5)晶体生长准备：通冷却水，设置晶体生长的各项参数，在升温过程中缓慢下降籽晶进行预热，始终保持籽晶与料面距离为5-15mm以避免籽晶开裂；当物料熔化完全后，缓慢下沉籽晶与熔体接触；调节温度并下沉籽晶0.5-2mm，使籽晶与熔化的物料充分熔融，两者界面完整；待温度合适后，启动控制程序进入晶体自动生长模式；

(6)晶体生长控制：籽晶杆122与籽晶相连，通过控制旋转电机1321-1的转速控制晶体的旋转速度，通过控制提拉电机1314-1的转速控制晶体生长的拉速，以使晶体均匀生长；根据晶体生长工艺参数的要求，通过控制系统输出信号控制旋转电机1321-1和提拉电机1314-1的转速，以达到晶体生长工艺参数的要求。

以上制备过程仅作为示例，其中涉及的工艺参数在不同实施例中可以不同，上述步骤的先后也并非唯一，在不同实施例中也可以调整步骤间的顺序，甚至省略某一或多个步骤。不应上述示例理解为对本申请保护范围的限制。

本申请实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)通过将温场与真空装置密封连接以及将密封套管的上下两端分别与温场顶部和滑块的下端面密封连接，可以使晶体生长过程处于真空环境，有利于晶体生长的均匀性和一致性；(2)通过在温场上端和下端设置密封件，可以进一步提高温场的密封性；(3)通过将温场设置为不同的结构(例如，调整填充体的高度、采用筒或第一筒和第二筒的结构)，可以调整温场的温度梯度，满足了不同的晶体制备要求；(4)通过运动装置与提拉杆传动连接以带动提拉杆上下运动和旋转，可以实现对晶体生长过程的自动控制，并且还可以根据晶体的生长情况进一步调整运动装置的提拉和旋转速度。需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个说明书实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。

最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。

Claims (15)

1.一种晶体制备装置，其特征在于，所述晶体制备装置包括：

炉膛，所述炉膛内设置温场和热源，且所述炉膛为非密闭结构；

真空装置，所述真空装置与所述温场相连接；

提拉杆，所述提拉杆的至少一部分位于所述温场内；以及

运动装置，所述运动装置与所述提拉杆传动连接以带动所述提拉杆上下运动和/或旋转。

2.如权利要求1所述的晶体制备装置，其特征在于，所述炉膛包括炉体和炉盖，其中，

所述炉盖设置于所述炉体顶部；以及

所述炉盖设置第一通孔，通过所述第一通孔放置所述温场。

3.如权利要求2所述的晶体制备装置，其特征在于，所述晶体制备装置还包括冷却结构，所述冷却结构设置于所述炉体的侧壁或所述炉盖上。

4.如权利要求1所述的晶体制备装置，其特征在于，所述温场包括：

筒，所述筒包括第一开口和第二开口，所述第一开口位于所述筒的第一端，所述第二开口位于所述筒的第二端；

填充体，所述填充体填充于所述筒内部；

第一密封件，所述第一密封件设置于所述第一端，与所述第一开口密封连接；以及

第二密封件，所述第二密封件设置于所述第二端，与所述第二开口密封连接，其中，所述第二密封件上设有第二通孔和第三通孔，所述温场通过所述第二通孔与所述真空装置密封连接，所述提拉杆通过第三通孔伸入所述筒内。

5.如权利要求1所述的晶体制备装置，其特征在于，所述温场包括：

第一筒，所述第一筒包括第一开口和第二开口，所述第一开口位于所述第一筒的第一端，所述第二开口位于所述第一筒的第二端；

第二筒，所述第二筒设置于所述第一筒内部；

填充体，所述填充体填充于所述第二筒内部和/或所述第二筒与所述第一筒之间的空隙中；

第一密封件，所述第一密封件设置于所述第一端，与所述第一开口密封连接；

第二密封件，所述第二密封件设置于所述第二端，与所述第二开口密封连接，其中，所述第二密封件上设有第二通孔和第三通孔，所述温场通过所述第二通孔与所述真空装置密封连接，所述提拉杆通过第三通孔伸入所述第一筒内；以及

盖板，所述盖板设置于所述第二筒顶部，其中，所述盖板上开设有与第三通孔对应的第四通孔，所述提拉杆通过第四通孔伸入所述第二筒内。

6.如权利要求4或5所述的晶体制备装置，其特征在于，所述填充体为耐高温材料制成。

7.如权利要求4或5所述的晶体制备装置，其特征在于，所述筒、所述第一筒或所述第二筒包括石英管、刚玉管、锆管或由耐高温材料制成的筒。

8.如权利要求4或5所述的晶体制备装置，其特征在于，所述第一密封件或所述第二密封件为冷却密封件，所述冷却密封件中通入冷却介质进行冷却。

9.如权利要求1所述的晶体制备装置，其特征在于，所述运动装置包括提拉组件，用于控制所述提拉杆的上下移动，所述提拉组件包括：

立柱，所述立柱上设置有滑轨；

丝杆，所述丝杆与所述滑轨平行设置；

滑块，所述滑块套设于所述丝杆上，所述滑块至少一部分位于所述滑轨内，所述丝杆的转动能够带动所述滑块沿所述滑轨上下移动；以及

第一驱动单元，所述第一驱动单元与所述丝杆相连接。

10.如权利要求9所述的晶体制备装置，其特征在于，所述运动装置还包括旋转组件，用于控制所述提拉杆的转动，所述旋转组件设置于所述滑块上。

11.如权利要求10所述的晶体制备装置，其特征在于，所述晶体制备装置还包括称重装置，用于检测所述提拉杆上晶体的重量，所述称重装置设置于所述滑块上。

12.如权利要求11所述的晶体制备装置，其特征在于，所述旋转组件包括：

传动组件，所述传动组件与所述称重装置相连接；以及

第二驱动单元，所述第二驱动单元通过所述传动组件带动所述称重装置的转动。

13.如权利要求11所述的晶体制备装置，其特征在于，所述称重装置包括：

称重室；以及

称重传感器，其中，

所述称重传感器设置于所述称重室内部；

所述称重传感器的一端与所述提拉杆固连；以及

所述称重传感器的另一端与所述称重室的顶部固连。

14.如权利要求13所述的晶体制备装置，其特征在于，所述提拉杆至少包括中杆及籽晶杆，其中，

所述中杆的一端和所述称重室固连；

所述中杆穿过所述滑块上设置的通孔；

所述中杆具有中空结构；

所述籽晶杆穿过所述中杆；

所述籽晶杆的一端与所述称重传感器相连；以及

所述籽晶杆的另一端连接籽晶。

15.如权利要求9所述的晶体制备装置，其特征在于，所述晶体制备装置还包括密封套管，以使所述提拉杆处于密闭环境，其中，

所述密封套管的一端与所述温场顶部密封连接；以及

所述密封套管的另一端与所述滑块的下端面密封连接。

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