CN113151894A - 长晶炉及晶体生长系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长晶炉及晶体生长系统，所述长晶炉包括炉体(110)、盖体(120)以及驱动组件；所述炉体(110)具有能够容纳坩埚的腔室，所述炉体(110)的顶部开设有与所述腔室连通的通孔；所述盖体(120)设置在所述炉体(110)的顶部，所述盖体(120)与所述驱动组件连接，所述驱动组件能够驱动所述盖体(120)在关闭所述通孔的遮挡位置以及让开所述通孔的打开位置之间移动；其中，所述盖体(120)设置为：所述盖体(120)位于所述打开位置时能够允许所述坩埚竖直地通过所述通孔以使所述坩埚在所述腔室和外界之间移动。本发明的长晶炉能够方便地装取坩埚。

Description

长晶炉及晶体生长系统
技术领域
本发明涉及晶体生长技术领域，具体地涉及一种长晶炉及晶体生长系统。
背景技术
碳化硅(SiC)晶体生长方法分为物理气相传输法(PVT)、高温化学气相沉淀法(HTCVD)、液相法(LPE)，目前商业化的SiC衬底制造商以PVT法为主。PVT法主要采用感应加热的原理，将高纯SiC粉料置于密闭的石墨坩埚中，后将密封的石墨坩埚放入石墨套筒，整体固定在坩埚辅助系统的托盘上侧，通过石墨坩埚系统送入真空腔中，以实现石墨坩埚的旋转和加热，而加热的均匀程度可直接影响到晶体生长的品质。为使坩埚受热均匀，对放置的石墨套筒及其坩埚辅助系统的配合公差有一定要求，以及其与真空腔室之间包括同轴度、垂直度在内的精度要求。
在现有技术中，采用下端盖装取石墨坩埚的方法时，需将石墨套筒和部分坩埚辅助系统从长晶炉的下部一并装取，这就需要有两名以上操作人员配合才能实现该过程。而频繁的装卸过程则会很大程度上影响坩埚辅助系统的配合精度，坩埚与真空腔体的同轴精度也会降低。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种长晶炉及晶体生长系统，该长晶炉能够方便地装取坩埚。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种长晶炉，所述长晶炉包括炉体、盖体以及驱动组件；所述炉体具有能够容纳坩埚的腔室，所述炉体的顶部开设有与所述腔室连通的通孔；所述盖体设置在所述炉体的顶部，所述盖体与所述驱动组件连接，所述驱动组件能够驱动所述盖体在关闭所述通孔的遮挡位置以及让开所述通孔的打开位置之间移动；其中，所述盖体设置为：所述盖体位于所述打开位置时能够允许所述坩埚竖直地通过所述通孔以使所述坩埚在所述腔室和外界之间移动。
可选的，所述遮挡位置与所述打开位置处于第一平面，所述第一平面与所述炉体的顶面相平行。
可选的，所述驱动组件包括能够在所述第一平面内摆动的摆杆，所述盖体与所述摆杆连接以能够在所述遮挡位置和所述打开位置之间移动。
可选的，所述驱动组件包括能够沿竖直方向移动的升降杆，所述升降杆与所述摆杆连接以带动所述摆杆沿竖直方向靠近或远离所述炉体的顶面。
可选的，所述通孔的边沿设置有定位钉，所述定位钉竖直设置并且向背离所述腔室的方向延伸；所述盖体上设置有定位孔，所述定位孔设置为能够与所述定位钉配合以将所述盖体限制在所述遮挡位置。
可选的，所述长晶炉包括沿竖直方向固定设置的导向柱，所述升降杆上开设有与所述导向柱相匹配的导向孔，所述升降杆能够通过所述导向柱与所述导向孔的配合沿所述导向柱的长度方向移动。
可选的，所述炉体的底部设有开口以及底盖，所述开口与所述腔室连通，所述底盖设置为能够打开或关闭所述开口以能够允许所述坩埚从所述开口进入所述腔室。
本发明第二方面提供一种晶体生长系统，所述晶体生长系统包括吊装装置以及上述的长晶炉；所述吊装装置设置为能够吊起所述坩埚并驱使所述坩埚在所述腔室和外界之间移动。
可选的，所述吊装装置包括立杆、吊臂、绳索、吊环以及绳索收放组件，所述立杆沿竖直方向设置，所述吊臂垂直地设置在所述立杆上并能够绕所述立杆转动，所述吊环设置在所述绳索的一端并垂吊在所述吊臂远离所述立杆的一端，所述吊环设置为能够与所述坩埚连接，所述绳索收放组件设置在所述吊臂的另一端，所述绳索收放组件与所述绳索的另一端连接以能够卷绕或释放所述绳索。
可选的，所述吊装装置包括沿所述吊臂的长度方向可移动地设置在所述吊臂上的位移组件，所述吊环通过所述绳索垂吊在所述位移组件的下方。
通过上述技术方案，在所述炉体的顶部开设通孔，所述通孔与所述炉体的腔室连通，所述盖体设置在所述炉体的顶部，所述盖体能够被所述驱动组件驱使以在遮挡位置以及打开位置之间移动，当所述盖体位于所述打开位置时，坩埚能够竖直地通过所述通孔进入所述腔室或离开所述腔室。因此，当需要晶体生长时，将所述盖体移动至所述打开位置，将所述坩埚通过所述通孔放入所述腔室中，再将所述盖体移动至所述遮挡位置以关闭所述通孔，即可使坩埚处于密闭的腔室中。当需要观察晶体生长情况或是晶体生长完成时，将所述盖体移动至所述打开位置，将所述坩埚通过所述通孔从所述腔室中取出，即可观察坩埚中晶体的生长情况。本发明通过在所述炉体顶部开设通孔，极大地方便了坩埚的装取工作，相较于现有技术，在装入或取出坩埚时，无需再将石墨套筒和坩埚辅助系统从长晶炉的下部一并装入或取出，操作简便。
附图说明
图1是本发明的晶体生长系统的一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，本发明的长晶炉包括炉体110、盖体120以及驱动组件；炉体110具有能够容纳坩埚的腔室，炉体110的顶部开设有与腔室连通的通孔；盖体120设置在炉体110的顶部，盖体120与驱动组件连接，驱动组件能够驱动盖体120在关闭通孔的遮挡位置以及让开通孔的打开位置之间移动；其中，盖体120设置为：盖体120位于打开位置时能够允许坩埚竖直地通过通孔以使坩埚在腔室和外界之间移动。
在本发明中，在炉体110的顶部开设通孔，通孔与炉体110的腔室连通，盖体120设置在炉体110的顶部，盖体120能够被驱动组件驱使以在遮挡位置以及打开位置之间移动，当盖体120位于打开位置时，坩埚能够竖直地通过通孔进入腔室或离开腔室。因此，当需要晶体生长时，将盖体120移动至打开位置，将坩埚通过通孔放入腔室中，再将盖体120移动至遮挡位置以关闭通孔，即可使坩埚处于密闭的腔室中。当需要观察晶体生长情况或是晶体生长完成时，将盖体120移动至打开位置，将坩埚通过通孔从腔室中取出，即可观察坩埚中晶体的生长情况。本发明通过在炉体110顶部开设通孔，极大地方便了坩埚的装取工作，相较于现有技术，在装入或取出坩埚时，无需再将石墨套筒和坩埚辅助系统从长晶炉的下部一并装入或取出，操作简便。
为了能够不影响坩埚的取放动作，可选的，遮挡位置与打开位置处于第一平面，第一平面与炉体110的顶面相平行。也就是说，盖体120是平行于炉体110的顶面进行移动的，这样的好处是，可以仅仅将盖体120移动一点距离，使得通孔露出的部分能够刚好通过坩埚，这样就可以在尽可能减少腔室中热量散失的前提下将坩埚放入腔室中。
应当理解的是，驱动组件可以采用多种形式驱动盖体120在第一平面内移动，在本发明的一种实施方式中，可选的，驱动组件包括能够在第一平面内摆动的摆杆131，盖体120与摆杆131连接以能够在遮挡位置和打开位置之间移动。
为了降低盖体120与炉体110的摩擦，可选的，驱动组件包括能够沿竖直方向移动的升降杆132，升降杆132与摆杆131连接以带动摆杆131沿竖直方向靠近或远离炉体110的顶面。也就是说，当需要将盖体120移动至打开位置时，先控制升降杆132向上升起，带动摆杆131以及盖体120一同向上升起而远离通孔，然后再控制摆杆131摆动使得盖体120移动至打开位置，当需要将盖体120盖合在通孔上时，先控制摆杆131摆动使得盖体120移动至通孔的正上方，然后再控制升降杆132下降而带动摆杆131以及盖体120一同朝向通孔移动，最终使得盖体120盖合在通孔上。
为了使摆杆131能够摆动，摆杆131可以铰接在升降杆132上，这样摆杆131就可以在第一平面内摆动。
当盖体120盖合在通孔上时，为了防止因为驱动组件的误动作打开通孔而对晶体的生长造成不良的影响，可选的，通孔的边沿设置有定位钉，定位钉竖直设置并且向背离腔室的方向延伸；盖体120上设置有定位孔121，定位孔121设置为能够与定位钉配合以将盖体120限制在遮挡位置。在本发明的一种实施方式中，通孔处设置有形状与盖体120匹配的法兰圈，定位钉有多个，多个定位钉沿法兰圈的周向间隔设置，每个定位钉都竖直地设置，即，垂直于炉体110的顶面。盖体120上设置有与多个定位钉对应的多个定位孔121。
在本发明的一种实施方式中，驱动组件包括气缸，升降杆132与气缸的活塞杆连接从而能够被活塞杆带动而竖直地移动。为了使升降杆132的移动动作更加稳定，可选的，长晶炉包括沿竖直方向固定设置的导向柱140，升降杆132上开设有与导向柱140相匹配的导向孔，升降杆132能够通过导向柱140与导向孔的配合沿导向柱140的长度方向移动。
为了能够更加方便地观察炉体110的腔室内的情况，在盖体120上还可以设置观察窗，从而能够方便地观察腔室中的情况。
本发明还提供了一种晶体生长系统，晶体生长系统包括吊装装置以及上述的长晶炉；吊装装置设置为能够吊起坩埚并驱使坩埚在腔室和外界之间移动。通过设置吊装装置，能够更加省力、更加精准地取放坩埚，不仅节省了大量人力，同时还不会影响坩埚与坩埚辅助系统的配合精度。
应当理解的是，吊装装置可以采用多种形式，例如，吊装装置可以包括机械臂以及机械爪，通过控制系统控制机械臂及机械爪的动作，将坩埚放入腔室中或从腔室中取出。在本发明的一种实施方式中，可选的，吊装装置包括立杆210、吊臂220、绳索230、吊环240以及绳索收放组件250，立杆210沿竖直方向设置，吊臂220垂直地设置在立杆210上并能够绕立杆210转动，吊环240设置在绳索230的一端并垂吊在吊臂220远离立杆210的一端，吊环240设置为能够与坩埚连接，绳索收放组件250设置在吊臂220的另一端，绳索收放组件250与绳索230的另一端连接以能够卷绕或释放绳索230。这种实施方式能够在保证精确度的同时大大简化设备结构，降低制造成本。
当需要将坩埚放入腔室中时，使用吊环240连接坩埚，操作绳索收放组件250收紧绳索230将坩埚吊起，再操作吊臂220绕立杆210转动使得坩埚移动至通孔的正上方，当坩埚稳定后，操作绳索收放组件250释放绳索230将坩埚缓缓下放至腔室中，再将吊环240与坩埚脱开，操作绳索收放组件250收起绳索230使得吊环240离开腔室，即可关闭通孔。
当需要将坩埚从腔室中取出时，反向操作上述步骤即可。
应当理解的是，绳索收放组件250可以采用多种形式，只要其能够收紧以及释放绳索230即可。在本发明的一种实施方式中，绳索收放组件250包括绕轮、电机以及减速器，绕轮通过减速器与电机连接，电机能够驱使绕轮绕自身轴线转动，绳索230卷绕在绕轮上，通过电机的正转与反转即可实现收紧以及释放绳索230的功能。
为了能够方便地调整坩埚的位置，可选的，吊装装置包括沿吊臂220的长度方向可移动地设置在吊臂220上的位移组件260，吊环240通过绳索230垂吊在位移组件260的下方。当需要将坩埚放在腔室的不同位置时，操作位移组件260沿吊臂220移动一定距离再配合吊臂220的转动，即可将坩埚移动至期望的位置。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种长晶炉，其特征在于，所述长晶炉包括炉体(110)、盖体(120)以及驱动组件；
所述炉体(110)具有能够容纳坩埚的腔室，所述炉体(110)的顶部开设有与所述腔室连通的通孔；
所述盖体(120)设置在所述炉体(110)的顶部，所述盖体(120)与所述驱动组件连接，所述驱动组件能够驱动所述盖体(120)在关闭所述通孔的遮挡位置以及让开所述通孔的打开位置之间移动；
其中，所述盖体(120)设置为：所述盖体(120)位于所述打开位置时能够允许所述坩埚竖直地通过所述通孔以使所述坩埚在所述腔室和外界之间移动。
2.根据权利要求1所述的长晶炉，其特征在于，所述遮挡位置与所述打开位置处于第一平面，所述第一平面与所述炉体(110)的顶面相平行。
3.根据权利要求2所述的长晶炉，其特征在于，所述驱动组件包括能够在所述第一平面内摆动的摆杆(131)，所述盖体(120)与所述摆杆(131)连接以能够在所述遮挡位置和所述打开位置之间移动。
4.根据权利要求3所述的长晶炉，其特征在于，所述驱动组件包括能够沿竖直方向移动的升降杆(132)，所述升降杆(132)与所述摆杆(131)连接以带动所述摆杆(131)沿竖直方向靠近或远离所述炉体(110)的顶面。
5.根据权利要求4所述的长晶炉，其特征在于，所述通孔的边沿设置有定位钉，所述定位钉竖直设置并且向背离所述腔室的方向延伸；所述盖体(120)上设置有定位孔(121)，所述定位孔(121)设置为能够与所述定位钉配合以将所述盖体(120)限制在所述遮挡位置。
6.根据权利要求4所述的长晶炉，其特征在于，所述长晶炉包括沿竖直方向固定设置的导向柱(140)，所述升降杆(132)上开设有与所述导向柱(140)相匹配的导向孔，所述升降杆(132)能够通过所述导向柱(140)与所述导向孔的配合沿所述导向柱(140)的长度方向移动。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的长晶炉，其特征在于，所述炉体(110)的底部设有开口以及底盖，所述开口与所述腔室连通，所述底盖设置为能够打开或关闭所述开口以能够允许所述坩埚从所述开口进入所述腔室。
8.一种晶体生长系统，其特征在于，所述晶体生长系统包括吊装装置以及权利要求1-7中任意一项所述的长晶炉；
所述吊装装置设置为能够吊起所述坩埚并驱使所述坩埚在所述腔室和外界之间移动。
9.根据权利要求8所述的晶体生长系统，其特征在于，所述吊装装置包括立杆(210)、吊臂(220)、绳索(230)、吊环(240)以及绳索收放组件(250)，所述立杆(210)沿竖直方向设置，所述吊臂(220)垂直地设置在所述立杆(210)上并能够绕所述立杆(210)转动，所述吊环(240)设置在所述绳索(230)的一端并垂吊在所述吊臂(220)远离所述立杆(210)的一端，所述吊环(240)设置为能够与所述坩埚连接，所述绳索收放组件(250)设置在所述吊臂(220)的另一端，所述绳索收放组件(250)与所述绳索(230)的另一端连接以能够卷绕或释放所述绳索(230)。
10.根据权利要求9所述的晶体生长系统，其特征在于，所述吊装装置包括沿所述吊臂(220)的长度方向可移动地设置在所述吊臂(220)上的位移组件(260)，所述吊环(240)通过所述绳索(230)垂吊在所述位移组件(260)的下方。
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Effective date of registration: 20230329

Granted publication date: 20230328

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