CN113215648A - 一种多头测温装置 - Google Patents

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王庆国
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Abstract

本发明提供一种多头测温装置，包括炉体和测温组件；炉体具有一炉腔；炉腔内设有保温层；保温层的内部为空心结构的保温腔；保温腔内设有坩埚和加热模块；测温组件包括多头测温环和第一升降机构；多头测温环设于炉体内；多头测温环安装于第一升降机构上，多头测温环上具有至少两个安装孔，每个安装孔内均安装有测温元件；坩埚安装于第二升降机构上；本发明通过在同一高度上，设多个测温点，可同时实现同一高度上的多点温度测量，通过升降机构的设置，使多头测温环可升降运动，从而能够实现在不同高度上的温度测量，保证在具有温度梯度分布的炉腔内，实现温度梯度变化的测量，以直观体现炉腔内轴向立体温场的动态变化。

Description

一种多头测温装置
技术领域
本发明涉及物理领域，涉及晶体生长技术，特别是一种多头测温装置。
背景技术
坩埚下降法是晶体生长的主流方法之一，长晶热场的温度梯度分布是实现高质量晶体生长的关键，对长晶热场温度梯度分布的测量，传统的方式是直接通过热电偶测温，通过单点测温或轴向多根热偶测温，如果通过单点或轴向多根热偶测温实现本方案就需要多个单个的热偶或多根轴向多根热偶，在侧屏或者下屏上多点打孔安装热电偶，实施方案比较复杂而且这样容易增加保温屏开孔数量，很容易影响温场的均匀性，增加热场变形严重的风险；而且，还需要增加炉体的开孔数量，容易影响设备的真空。
综上，现有的测温技术一是只测试单个点的温度或轴向多个固定点的温度，不能体现温场动态的温度梯度变化；二是轴向多个固定点测温实施比较复杂，容易影响温场的均匀性，增加热场变形严重的风险；还需要增加炉体的开孔数量，容易影响设备的真空度；此外，传统方式在侧屏多点开孔放热电偶测温，一般测温点在加热器的外侧，不能实时监控坩埚的附近温度的变化，除非同时在发热器上开孔，热电偶穿过发热器到达坩埚附近位置，该方案会严重破坏加热器的完整性，影响其发热效率，容易诱发加热器开裂损坏。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多头测温装置，通过多头测温，结合升降原理，可有效解决上述的技术问题，并且可实时反映动态下真空炉体的温度梯度。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多头测温装置，包括：炉体和测温组件；所述炉体具有一炉腔；所述炉腔内设有保温层；所述保温层的内部为空心结构的保温腔；所述保温腔内设有坩埚和加热模块；所述测温组件包括：多头测温环和第一升降机构；所述多头测温环设于所述炉体内；所述多头测温环安装于所述第一升降机构上，所述多头测温环上具有至少两个安装孔，每个所述安装孔内均安装有测温元件，每个所述测温元件相互独立，且通过所述安装孔相互隔开，所述测温元件位于所述坩埚与所述加热模块之间；所述坩埚安装于第二升降机构上。
于本发明的一实施例中，所述第一升降机构包括：第一升降支撑杆、第一传动组件及第一驱动电机；其中，所述第一传动组件和所述第一驱动电机均设于所述炉体的外侧；所述第一升降支撑杆的一端与所述多头测温环连接，所述第一升降支撑杆的另一端穿过所述炉体与所述第一传动组件的一端连接；所述第一传动组件的另一端与所述第一驱动电机连接；所述第一升降支撑杆的内部为空心结构，所述第一升降支撑杆内设有导线；所述测温元件通过所述导线与设于所述炉体外侧的补偿导线的一端连接，所述补偿导线的另一端连接有设于所述炉体外侧的测温表。
于本发明的一实施例中，所述第二升降机构包括：第二升降支撑杆、第二传动组件及第二驱动电机；所述第二升降支撑杆的一端设有圆形凹槽，所述第二升降支撑杆的另一端与所述第二传动组件的一端连接；所述第二传动组件的另一端与所述第二驱动电机连接；所述坩埚包括：圆柱体和圆台体；所述圆柱体与所述圆台体上下设置，且所述圆柱体设置在所述圆台体的上方，所述圆柱体的一端与所述圆台体直径较大的一端连接；所述圆台体直径较小的一端固定于所述圆形凹槽内。
于本发明的一实施例中，所述炉体采用不锈钢材料制成，所述炉体为双层结构，于所述双层结构之间设有循环水冷组件。
于本发明的一实施例中，所述加热模块包括：加热器和电极；所述电极的一端位于所述炉体的外侧，所述电极的另一端依次穿过所述炉体的侧壁和所述保温层，与所述加热器连接；所述加热器为圆筒形结构。
于本发明的一实施例中，所述保温层包括：第一屏、第二屏、第三屏及第四屏，所述第一屏、所述第二屏、所述第三屏及所述第四屏共同组成封闭的所述保温腔。
于本发明的一实施例中，所述多头测温环为弧形结构。
于本发明的一实施例中，所述测温元件采用热电偶。
如上所述，本发明所述的多头测温装置，具有以下有益效果：
与现有技术相比，本发明提供的多头测温装置，通过在同一高度上，设多个测温点，可
同时实现同一高度上的多点温度测量，且通过升降机构的设置，使多头测温环可升降运动，从而能够实现在不同高度上的温度测量，保证在具有温度梯度分布的炉腔内，实现温度梯度变化的测量，以直观体现炉腔内轴向立体温场的动态变化。
附图说明
图1显示为本发明的多头测温装置于一实施例中的结构示意图。
图2显示为本发明的多头测温环于一实施例中的俯视图。
标号说明
1-炉体；11-炉腔；12-保温层；121-第一屏；122-第二屏；123-第三屏；124-第四屏；13-保温腔；2-测温组件；21-多头测温环；211-安装孔；212-通孔；22-第一升降机构；221-第一升降支撑杆；222-第一传动组件；223-第一驱动电机；3-坩埚；31-圆柱体；32-圆台体；4-加热模块；41-加热器；42-电极；5-第二升降机构；51-第二升降支撑杆；6-补偿导线；7-测温表。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
以下将详细阐述本发明的一种多头测温装置的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种多头测温装置。
如图1和图2所示，于一实施例中，本发明的多头测温装置包括炉体1和测温组件2。
具体地，所述炉体1具有一炉腔11；所述炉腔11内设有保温层12；所述保温层12的内部为空心结构的保温腔13；所述保温腔13内设有坩埚3和加热模块4。
需要说明的是，该炉腔11作为晶体生长热场结构的容器。
于一实施例中，所述炉体1采用不锈钢材料制成。
于一实施例中，所述炉体1为双层结构，于所述双层结构之间设有循环水冷组件。
需要说明的是，该循环水冷组件用于实现对该炉腔11内的水冷降温；具体地，该循环水冷组件采用领域内常规的技术手段，其具体的结构组成及连接关系不作为限制本发明的条件，故在此也不再详细赘述。
如图1所示，于一实施例中，所述保温层12包括第一屏121、第二屏122、第三屏123及第四屏124（其中，第一屏121和第二屏122作为侧屏，第三屏123作为上屏，第四屏124作为下屏），所述第一屏121、所述第二屏122、所述第三屏123及所述第四屏124共同组成封闭的所述保温腔13。
需要说明的是，该保温层12主要作用是隔热保温，从而在该保温腔13内形成一具有一定温度梯度分布的空间。
如图1和图2所示，于一实施例中，所述测温组件2包括多头测温环21和第一升降机构22。
于一实施例中，所述多头测温环21为弧形结构（具体以图2中的环形结构为例进行说明）。
优选地，该多头测温环21采用图2中的环形结构。
具体地，所述多头测温环21设于所述炉体1内，该多头测温环21为环形结构，其具有一通孔212；所述坩埚3的一端穿过所述多头测温环21上的通孔212，安装于第二升降机构5上；所述多头测温环21安装于所述第一升降机构22上，所述多头测温环21上具有至少两个安装孔211，每个所述安装孔211内均安装有测温元件（未在图中示出），每个所述测温元件相互独立，且通过所述安装孔211相互隔开，所述测温元件位于所述坩埚3与所述加热模块4之间。
需要说明的是，该坩埚3在第二升降机构5的带动下实现上下升降。
需要说明的是，通过在该多头测温环21上设置至少两个安装孔211，且在每个安装孔211内安装一测温元件，可在同一高度上，实现多点测量，结构简单、操作方便；同时，该多头测温环21在该第一升降机构22的带动下，可实现上下升降，从而实现在不同高度上的温度测量，有效解决了现有晶体生长测温时，只测试单个点的温度或轴向多个固定点的温度，不能体现温场动态的温度梯度变化的问题。
进一步地，上述的至少两个安装孔211在该多头测温环21上间隔设置；优选地，上述的至少两个安装孔211在该多头测温环21上均匀间隔设置（如图2中所示），使得每个测温元件通过安装孔211相互隔开，测温元件相互之间没有干扰，实现了该多头测温环21于同一高度上，对不同位置处的温度测量，进而提高了温度测量的准确可靠性。
于一实施例中，该测温元件与坩埚3之间的距离为1-2cm；当然，并不限于此距离，具体可视不同的实际应用场景来设定。
于一实施例中，所述测温元件采用热电偶。
如图1所示，于一实施例中，所述第一升降机构22包括两个第一升降支撑杆221、第一传动组件222及第一驱动电机223。
具体地，所述第一传动组件222和所述第一驱动电机223均设于所述炉体1的外侧；两个所述第一升降支撑杆221分别设置在所述多头测温环21的相对两侧，用于对该多头测温环21起到支撑作用的同时，还能够带动该多头测温环21上下运动，所述第一升降支撑杆221的一端与所述多头测温环21连接，所述第一升降支撑杆221的另一端穿过所述炉体1（具体为穿过图1中该炉体1的下端）与所述第一传动组件222的一端连接；所述第一传动组件222的另一端与所述第一驱动电机223连接，所述第一升降支撑杆221的内部为空心结构，所述第一升降支撑杆221内设有导线（未在图中示出）；所述测温元件通过所述导线与设于所述炉体1外侧的补偿导线6的一端连接，所述补偿导线6的另一端连接有设于所述炉体1外侧的测温表7。
需要说明的是，多头测温环21上每个测温元件均与一导线连接，且所有的导线汇聚至该第一升降支撑杆221内，并穿过该第一升降支撑杆221的下端，与该补偿导线6的一端连接；具体地，该补偿导线6主要用于在该多头测温环21上下运动时，保证其上测温元件所连接导线的长度；最后，将该补偿导线6远离测温元件的一端与测温表7连接，以通过该测温表7读出该多头测温环21上各测温元件的温度测量数据。
进一步地，该第一升降支撑杆221采用耐高温的材料制成；优选地，该第一升降支撑杆221选用陶瓷材料制成。
需要说明的是，该测温表7选用数字测温表；该数字测温表是一种高性能单点热电偶测温表，具有数据保持功能，可测量范围在-200~1370℃之间。
如图1所示，于一实施例中，所述第二升降机构5包括第二升降支撑杆51、第二传动组件及第二驱动电机（其中，该第二传动组件和该第二驱动电机均未在图中示出）。
具体地，所述第二升降支撑杆51的一端设有圆形凹槽（未在图中示出），所述第二升降支撑杆51的另一端与所述第二传动组件的一端连接；所述第二传动组件的另一端与所述第二驱动电机连接。
需要说明的是，上述的第一传动组件222与该第二传动组件可以是同一传动组件，即采用图1中的第一传动组件222，也可以是两个独立的传动组件；第一驱动电机223和该第二驱动电机可以是同一驱动电机，即采用图1中的第一驱动电机223，也可以是两个独立的驱动电机，以使该多头测温环21可以随着坩埚3一起上升或下降，也可以单独上升或下降。
进一步地，该第一驱动电机223和该第二驱动电机均可采用伺服电机或步进电机。
如图1所示，于一实施例中，所述坩埚3包括圆柱体31和圆台体32。
具体地，所述圆柱体31与所述圆台体32上下设置，且所述圆柱体31设置在所述圆台体32的上方，所述圆柱体31的一端穿过所述多头测温环21上的通孔与所述圆台体32直径较大的一端连接；所述圆台体32直径较小的一端固定于所述圆形凹槽内。
需要说明的是，在进行晶体生长时，将装有长晶原料的坩埚3安装在第二升降支撑杆51上，该坩埚3设计为上述形状，从而使得在圆台体32内能够更好地安装籽晶。
于一实施例中，所述加热模块4包括加热器41和电极42。
具体地，所述电极42的一端位于所述炉体1的外侧，所述电极42的另一端依次穿过所述炉体1的侧壁和所述保温层12，与所述加热器41连接；所述加热器41为圆筒形结构。
综上所述，本发明的多头测温装置，与现有技术相比，本发明提供的多头测温装置，在同一高度上，设有多个测温点，可同时实现同一高度上的多点温度测量，且通过升降机构的设置，使多头测温环可升降运动，从而能够实现在不同高度上的温度测量，保证在具有温度梯度分布的炉腔内，实现温度梯度变化的测量，以直观体现炉腔内轴向立体温场的动态变化；所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种多头测温装置，其特征在于，包括：炉体和测温组件；
所述炉体具有一炉腔；所述炉腔内设有保温层；所述保温层的内部为空心结构的保温腔；所述保温腔内设有坩埚和加热模块；
所述测温组件包括：多头测温环和第一升降机构；所述多头测温环设于所述炉体内；
所述多头测温环安装于所述第一升降机构上，所述多头测温环上具有至少两个安装孔，每个所述安装孔内均安装有测温元件，每个所述测温元件相互独立，且通过所述安装孔相互隔开，所述测温元件位于所述坩埚与所述加热模块之间；所述坩埚安装于第二升降机构上。
2.根据权利要求1所述的多头测温装置，其特征在于，所述第一升降机构包括：第一升降支撑杆、第一传动组件及第一驱动电机；其中，所述第一传动组件和所述第一驱动电机均设于所述炉体的外侧；
所述第一升降支撑杆的一端与所述多头测温环连接，所述第一升降支撑杆的另一端穿过所述炉体与所述第一传动组件的一端连接；所述第一传动组件的另一端与所述第一驱动电机连接；所述第一升降支撑杆的内部为空心结构，所述第一升降支撑杆内设有导线；
所述测温元件通过所述导线与设于所述炉体外侧的补偿导线的一端连接，所述补偿导线的另一端连接有设于所述炉体外侧的测温表。
3.根据权利要求1所述的多头测温装置，其特征在于，所述第二升降机构包括：第二升降支撑杆、第二传动组件及第二驱动电机；所述第二升降支撑杆的一端设有圆形凹槽，所述第二升降支撑杆的另一端与所述第二传动组件的一端连接；所述第二传动组件的另一端与所述第二驱动电机连接；
所述坩埚包括：圆柱体和圆台体；所述圆柱体与所述圆台体上下设置，且所述圆柱体设置在所述圆台体的上方，所述圆柱体的一端与所述圆台体直径较大的一端连接；所述圆台体直径较小的一端固定于所述圆形凹槽内。
4.根据权利要求1所述的多头测温装置，其特征在于，所述炉体采用不锈钢材料制成，所述炉体为双层结构，于所述双层结构之间设有循环水冷组件。
5.根据权利要求1所述的多头测温装置，其特征在于，所述加热模块包括：加热器和电极；所述电极的一端位于所述炉体的外侧，所述电极的另一端依次穿过所述炉体的侧壁和所述保温层，与所述加热器连接；所述加热器为圆筒形结构。
6.根据权利要求1所述的多头测温装置，其特征在于，所述保温层包括：第一屏、第二屏、第三屏及第四屏，所述第一屏、所述第二屏、所述第三屏及所述第四屏共同组成封闭的所述保温腔。
7.根据权利要求1所述的多头测温装置，其特征在于，所述多头测温环为弧形结构。
8.根据权利要求1所述的多头测温装置，其特征在于，所述测温元件采用热电偶。
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