CN114277431A - 一种观察窗及单晶炉 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种观察窗及单晶炉，所述观察窗包括保护窗组件，所述保护窗组件包括至少两层透明镜片、及将所述至少两层透明镜片固定于所述安装座上的固定单元；所述至少两层透明镜片包括从炉体内侧向炉体外侧依次叠设的内侧镜片和外侧镜片，所述内侧镜片的内侧面和外侧面中至少一个侧面呈弧面状。本公开实施例所提供的观察窗及单晶炉，其观察窗包括至少两层透明镜片，其中内侧镜片具有弧面，以此可加强内侧镜片的受力面积，从而将压力更加均匀地分散至位于内侧镜片边缘的固定组件上，能够提升观察窗的抗压能力，因此观察窗更不易碎裂。且通过改变弧面的弧度还可以具有更高的抗压极限。

Description

一种观察窗及单晶炉

技术领域

本发明涉及单晶生长设备技术领域，尤其涉及一种观察窗及单晶炉。

背景技术

在相关技术中，对于具有高压内腔的炉体例如单晶炉来说，其观察窗需要承受很大的压力，对观察窗的密闭性、安全及可靠性均有极高的要求。目前的观察窗多采用双层玻璃结构，内层玻璃内、外侧的温差和压差很大，极易出现内层玻璃破碎的现象。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开实施例提供了一种观察窗及单晶炉，能够提升观察窗的抗压性，且结构简单，更加安全可靠。

本公开实施例所提供的技术方案如下：

一种观察窗，用于具有高压内腔的炉体上，所述炉体上设可视窗口，所述可视窗口外围设有安装座；所述观察窗包括保护窗组件，所述保护窗组件包括至少两层透明镜片、及将所述至少两层透明镜片固定于所述安装座上的固定单元；所述至少两层透明镜片包括从所述炉体内侧向所述炉体外侧依次叠设的内侧镜片和外侧镜片，所述内侧镜片的内侧面和外侧面中至少一个侧面呈弧面状。

示例性的，所述内侧镜片的内侧面和外侧面均为弧面状且朝所述外侧镜片凸起。

示例性的，所述外侧镜片的内侧面和外侧面均为平面状。

示例性的，所述外侧镜片的外侧面镀膜，用于隔绝热量和/或减弱光线。

示例性的，所述安装座包括朝外的装配面，所述装配面围绕所述可视窗口的边缘设有支撑台阶；

所述固定单元包括：

内压板，其围绕所述内侧镜片的外周边缘设置，且所述内侧镜片的外周边缘夹持于所述内压板与所述安装座之间；及

外压板，其围绕所述外侧镜片的外周边缘设置，且所述外侧镜片的外周边缘夹持于所述内压板与所述外压板之间。

示例性的，所述内压板的内侧面上设有第一沉肩，所述内侧镜片的外周边缘夹持于所述支撑台阶和所述第一沉肩之间；

所述内压板的外侧面上设第二沉肩，所述外压板的内侧面上设第三沉肩，所述外侧镜片的外周边缘夹持于所述第二沉肩与所述第三沉肩之间。

示例性的，所述内侧镜片与所述支撑台阶之间夹持有第一密封圈；

所述内侧镜片与所述第一沉肩之间夹持有第二密封圈；

所述外侧镜片与所述第二沉肩之间夹持有第三密封圈；

所述外侧镜片与所述第三沉肩之间夹持有第四密封圈。

示例性的，所述内侧镜片、所述第一密封圈和所述第二密封圈的叠加厚度大于所述支撑台阶与所述第一沉肩之间的间隙高度；所述外侧镜片、所述第三密封圈和所述第四密封圈的叠加厚度大于所述第二沉肩与所述第三沉肩之间的间隙高度；且所述第二密封圈的厚度大于所述第一密封圈、所述第三密封圈和所述第四密封圈的厚度。

示例性的，所述观察窗还包括可拆卸地连接在所述保护窗组件外的保护罩组件，所述保护罩组件包括平面镜及固定于所述平面镜外周的底板，其中所述底板可拆卸地连接至所述固定单元上。

一种单晶炉，包括如上所述的观察窗。

本公开实施例所带来的有益效果如下：

本公开实施例所提供的观察窗及单晶炉，其观察窗包括至少两层透明镜片，其中内侧镜片具有弧面，以此可加强内侧镜片的受力面积，从而将压力更加均匀地分散至位于内侧镜片边缘的固定组件上，能够提升观察窗的抗压能力，因此观察窗更不易碎裂。且通过改变弧面的弧度还可以具有更高的抗压极限。

附图说明

图1表示本公开实施例所提供的一种观察窗的外观示意图；

图2表示本公开实施例所提供的一种观察窗的剖面结构示意图，其中未安装有保护罩组件；

图3表示本公开实施例所提供的一种观察窗的剖面结构示意图，其中安装有保护罩组件；

图4表示本公开实施例提供的观察窗中保护罩组件的结构示意图。

图中，各部件的标记如下：

炉体10；安装座11；支撑台阶11a；观察窗20；内侧镜片110；外侧镜片120；内压板210；第一沉肩211；第二沉肩212；外压板220；第三沉肩221；第一螺钉230；第二螺钉240；第一密封圈250；第二密封圈260；第三密封圈270；第四密封圈280；保护罩组件300；平面镜310；底板320；第五密封圈330。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在对本公开实施例所提供的观察窗及单晶炉进行详细说明之前，有必要对于相关技术进行以下说明：

在相关技术中，对于具有高压内腔的炉体例如单晶炉来说，其观察窗需要承受很大的压力，对观察窗的密闭性、安全及可靠性均有极高的要求。以拉晶炉的观察窗为例，拉晶炉的观察窗是单晶生长设备中非常重要的部位。在单晶生长过程中，需要拉晶人员根据熔区状态进行功率、生长速度和转速等工艺参数的调整，这要求熔炉提供一个拉晶人员便于观察的观察窗口，能够直观地观察到长晶过程的细节，以便于及时调节参数，提高晶棒品质。

CZ法(Czochralski，直拉单晶制造法)是目前较为广泛的一种制单晶硅的方法，其所采用的设备需要抽真空，因此炉内压强远高于外界压强。通常将炉壁设计成圆形，以提高其承压能力。但是，观察窗是相对于炉壁独立的结构。为了保证晶棒的品质，对观察窗的密闭性、安全及可靠性均有极高的要求。

在相关技术中，拉晶炉上的观察窗多采用双层玻璃结构，内层玻璃内、外侧的温差和压差很大，极易出现玻璃破碎的现象。观察窗承压能力主要取决于内侧玻璃。在一些相关技术中，为了提升观察窗的承压能力，提出将观察窗设置为三层甚至三层以上玻璃的技术方案，可以在中层和外层玻璃之间通入冷却水以减少内侧玻璃两侧温差大的问题，但是其承压能力还是取决于内侧玻璃，而目前观察窗均采用的是抗压能力低下的平面镜，仅在玻璃层数上进行改进与创新，这种结构无法从根本解决抗压能力不足的问题，承压最大的往往是最厚的内侧玻璃，在极大压差下内侧玻璃碎裂，中层及外层玻璃无法承担压力，且结构复杂，稳定性不好，因此为了提升抗压性，一般都是只能被动增加内侧玻璃厚度，最终只能导致结构更加复杂，且这种设计能提升的空间非常有限。

为了解决上述问题，本公开实施例提供了一种观察窗及单晶炉，能够提升观察窗的抗压性，且结构简单，更加安全可靠。图1所示为本公开实施例所提供的一种观察窗的外观示意图。图2所示为本公开实施例所提供的一种观察窗的剖面结构示意图。

本公开实施所提供的观察窗可应用于具有高压内腔的炉体上。

如图1所示，所述炉体10上可设可视窗口，所述可视窗口外围可设有安装座11。安装座11可以是沿可视窗口的外周围绕一圈，也可以是仅设置在可视窗口外围部分区域，例如可视窗口的相对两侧。观察窗20安装于安装座11上。

如图2所示，本公开实施例提供的观察窗20包括保护窗组件，该保护窗组件包括至少两层透明镜片、及将所述至少两层透明镜片固定于所述安装座11上的固定单元。其中所述固定单元可以是围绕至少两层透明镜片的外周边缘设置。所述至少两层透明镜片包括从所述炉体10内侧向所述炉体10外侧依次叠设的内侧镜片110和外侧镜片120，所述内侧镜片110的内侧面和外侧面中至少一个侧面呈弧面状。

上述方案中，将观察窗的内侧镜片110设计为至少一侧面为弧面，以此可加强内侧镜片110的受力面积，从而将压力更加均匀地分散至位于内侧镜片110边缘的固定组件上，能够提升观察窗的抗压能力，因此观察窗更不易碎裂。此外，将内侧镜片110从现有技术中的平面镜改进为弧面镜，结构上不会导致结构更复杂，且通过改变弧面的弧度还可以具有更高的抗压极限。

以下对本公开实施例提供的观察窗进行更为详细的说明。

在一些示例性的实施例中，如图2所示，所述内侧镜片110的内侧面和外侧面均为弧面状且朝所述外侧镜片120凸起。也就是说，所述内侧镜片110为朝外凸起的双面弧形结构。这样，一方面，内、外侧面均向外凸起，内、外侧面承受压力的面积均增大，可以进一步提升抗压能力；另一方面，可以使得该内侧镜片110类似于凸透镜，具有放大图像作用，能够使得观察人员更好地观察炉内细节情况。

在一些示例性的实施例中，如图2所示，所述外侧镜片120的内侧面和外侧面均为平面状。由于主要承压的部件为内侧镜片110，外侧镜片120主要是能够使得观察人员近距离观察，外侧镜片120仅承受很小的压力，因此外侧镜片120可依然选用平面镜片。这样，降低整个结构的改进成本，减少结构复杂性。当然可以理解的是，外侧镜片120也可以选用与内侧镜片110相同的弧面镜，这样，当炉内压力极限情况下，内侧镜片110若破损，外侧镜片120可起到一定的临时保护作用。

此外，在一些示例性的，所述外侧镜片120的外侧面镀膜，用于隔绝热量和/或减弱光线。采用上述方案，外侧镜片120上镀膜，其主要作用是可隔绝炉内热量和减弱强光线。

需要说明的是，所述内侧镜片110和所述外侧镜片120的外形可以适应炉体10上可视窗口的形状，材料可选用耐高温高压的透明材料，例如玻璃等。

在一些示例性的实施例中，所述安装座11包括朝外的装配面，所述装配面围绕所述可视窗口的边缘设有支撑台阶11a。所述固定单元可包括内压板210和外压板220，所述内压板210围绕所述内侧镜片110的外周边缘设置，且所述内侧镜片110的外周边缘夹持于所述内压板210与所述安装座11之间；所述外压板220围绕所述外侧镜片120的外周边缘设置，且所述外侧镜片120的外周边缘夹持于所述内压板210与所述外压板220之间。其中所述内压板210可通过第一螺钉230固定于所述安装座11上，所述外压板220可通过第二螺钉240固定于所述内压板210上。通过第一螺钉230和第二螺钉240的拧紧程度，还可以调整内侧镜片110在支撑台阶11a和内压板210之间的夹紧力，以及外侧镜片120在内压板210与外压板220之间的夹紧力，以此提升观察晶的密封性。第一螺钉230和第二螺钉240可选用沉头螺钉。

需要说明的是，在其他实施例中，所述内压板与所述外压板之间也可以采用其他任意合适的方式可拆卸连接。

在一些示例性的实施例中，如图2所示，所述内压板210的内侧面上设有第一沉肩211，所述内侧镜片110的外周边缘夹持于所述支撑台阶11a和所述第一沉肩211之间；所述内压板210的外侧面上设第二沉肩212，所述外压板220的内侧面上设第三沉肩221，所述外侧镜片120的外周边缘夹持于所述第二沉肩212与所述第三沉肩221之间。

采用上述方案，为了减少整体固定单元的厚度以及更为稳定地夹紧固定内、外侧镜片120，可在内压板210与外压板220上设计沉肩，便于安装内侧透明镜和外侧透明镜。且内压板210和外压板220的边缘可加工出倒角，沉肩的内缘可加工有圆角。

此外，一些实施例中，所述内压板210和所述外压板220上可设有定位槽，以使得内压板210和外压板220之间、及内压板210与安装座11之间可准确定位，以使得内、外压板220及安装座11上的螺孔准确对中，进一步提升螺钉连接的稳定性和可靠性。需要说明的是，内压板210与外压板220的平面形状适应内、外侧镜片120外形。

此外，在一些实施例中，如图2所示，所述内侧镜片110与所述支撑台阶11a之间夹持有第一密封圈250；所述内侧镜片110与所述第一沉肩211之间夹持有第二密封圈260；所述外侧镜片120与所述第二沉肩212之间夹持有第三密封圈270；所述外侧镜片120与所述第三沉肩221之间夹持有第四密封圈280。这样的设置，可以提升观察窗的密封性。

示例性的，如图2所示，所述内侧镜片110、所述第一密封圈250和所述第二密封圈260的叠加厚度大于所述支撑台阶11a与所述第一沉肩211之间的间隙高度，也就是说，内侧镜片110加上第一密封圈250和第二密封圈260的高度大于支撑台阶11a与内压板210接合处的高度，以利于夹紧内侧镜片110，进一步提升密封性。

所述外侧镜片120、所述第三密封圈270和所述第四密封圈280的叠加厚度大于所述第二沉肩212与所述第三沉肩221之间的间隙高度，也就是说，外侧镜片120加上第三密封圈270和第四密封圈280的高度大于内压板210与外压板220接合处的高度，以利于夹紧外侧镜片120，进一步提升密封性。

如图2所示，示例性的，内侧镜片110的外径边缘与内压板210上的第一沉肩211的内边缘之间需预留2～5mm的距离；外侧镜片120的外径边缘与内压板210上的第二沉肩212的内边缘、外压板220上的第三沉肩221的内边缘之间需预留2～5mm的距离。这样的设置，一方面留有安装余量，便于安装，另一方面，可以为镜片的热胀冷缩留有空间，避免镜片碎裂。

此外，由于内侧镜片110呈弧面状，为了适应内侧镜片110的厚度，如图所示，所述第二密封圈260的厚度大于所述第一密封圈250、所述第三密封圈270和所述第四密封圈280的厚度。

需要说明的是，所述第一密封圈250、所述第二密封圈260、所述第三密封圈270和所述第四密封圈280可采用耐高温高压的弹性材料制成，各密封圈的外形为适应内、外侧镜片120外形的环状，且密封圈的外径略大于镜片外径，密封圈的外径与内、外压板220上沉肩的内径一致。

此外，在相关技术中，一旦观察窗碎裂，只能紧急停机，关掉电源，降低温度，但是无法避免空气进入炉体10内腔，这样会对设备及生产造成极大损失，还会威胁人员安全，并且不能及时分析事故的原因。

为了解决上述问题，在本公开一些示例性的实施例中，如图3和图4所示，所述观察窗还包括可拆卸地连接在所述保护窗组件外的保护罩组件300，所述保护罩组件300包括平面镜310及固定于所述平面镜310外周的底板320，其中所述底板320可拆卸地连接至所述固定单元上。

采用上述方案，可在观察窗上设计一可拆卸的保护罩组件300，该保护罩组件300可作为临时补救方案使用，主要作用是：在观察镜的内侧镜片110完整无损时，该保护罩组件300可从保护窗组件上拆卸下，以备紧急使用；当拉晶炉上的内侧镜片110碎裂后，可将该保护罩组件300直接盖在观察窗上，其底板320能够与观察窗的外压板220完美贴合连接，利用强大的气压使底板320可自动牢固紧密地连接在已破碎的观察窗上，防止更多空气涌入炉体10内。还可以在外压板220与底板320之间通过螺钉连接，防止底板320波动。如此，能够最大限度降低本次事故的损失。并且，也具有观察炉体10内部情况的功能，提供及时分析本次事故原因的机会。

示例性的，如图3和图4所示，所述保护罩组件300为预先制好的一个结构紧凑、密闭性良好的整体，其中底板320上用于与外压板220贴合的侧面上可留有第一凹槽，第一凹槽内可容置第五密封圈330，对应的，外压板220上设有第二凹槽，这样，当底板320与外压板220对接贴合时，第五密封圈330可嵌入至第二凹槽内，以便保护罩组件300能与观察窗组件完美配合。出现紧急情况使用后，当其盖在观察窗上时，还需拧入螺钉增加保护罩的稳定性。保护罩平时放在拉晶炉旁边，以备紧急使用。

此外，本公开实施例还提供了一种单晶炉，包括本公开实施例提供的观察窗。显然，本公开实施例提供的单晶炉具有本公开实施例提供的观察窗所带来的有益效果，在此不再赘述。

有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。

(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种观察窗，用于具有高压内腔的炉体上，所述炉体上设可视窗口，所述可视窗口外围设有安装座；所述观察窗包括保护窗组件，所述保护窗组件包括至少两层透明镜片、及将所述至少两层透明镜片固定于所述安装座上的固定单元；其特征在于，所述至少两层透明镜片包括从所述炉体内侧向所述炉体外侧依次叠设的内侧镜片和外侧镜片，所述内侧镜片的内侧面和外侧面中至少一个侧面呈弧面状。

2.根据权利要求1所述的观察窗，其特征在于，所述内侧镜片的内侧面和外侧面均为弧面状且朝所述外侧镜片凸起。

3.根据权利要求1所述的观察窗，其特征在于，所述外侧镜片的内侧面和外侧面均为平面状。

4.根据权利要求1所述的观察窗，其特征在于，所述外侧镜片的外侧面镀膜，用于隔绝热量和/或减弱光线。

5.根据权利要求1所述的观察窗，其特征在于，所述安装座包括朝外的装配面，所述装配面围绕所述可视窗口的边缘设有支撑台阶；

所述固定单元包括：

内压板，其围绕所述内侧镜片的外周边缘设置，且所述内侧镜片的外周边缘夹持于所述内压板与所述安装座之间；及

外压板，其围绕所述外侧镜片的外周边缘设置，且所述外侧镜片的外周边缘夹持于所述内压板与所述外压板之间。

6.根据权利要求5所述的观察窗，其特征在于，

所述内压板的内侧面上设有第一沉肩，所述内侧镜片的外周边缘夹持于所述支撑台阶和所述第一沉肩之间；

所述内压板的外侧面上设第二沉肩，所述外压板的内侧面上设第三沉肩，所述外侧镜片的外周边缘夹持于所述第二沉肩与所述第三沉肩之间。

7.根据权利要求6所述的观察窗，其特征在于，

所述内侧镜片与所述支撑台阶之间夹持有第一密封圈；

所述内侧镜片与所述第一沉肩之间夹持有第二密封圈；

所述外侧镜片与所述第二沉肩之间夹持有第三密封圈；

所述外侧镜片与所述第三沉肩之间夹持有第四密封圈。

8.根据权利要求7所述的观察窗，其特征在于，

所述内侧镜片、所述第一密封圈和所述第二密封圈的叠加厚度大于所述支撑台阶与所述第一沉肩之间的间隙高度；所述外侧镜片、所述第三密封圈和所述第四密封圈的叠加厚度大于所述第二沉肩与所述第三沉肩之间的间隙高度；且所述第二密封圈的厚度大于所述第一密封圈、所述第三密封圈和所述第四密封圈的厚度。

9.根据权利要求1所述观察窗，其特征在于，

所述观察窗还包括可拆卸地连接在所述保护窗组件外的保护罩组件，所述保护罩组件包括平面镜及固定于所述平面镜外周的底板，其中所述底板可拆卸地连接至所述固定单元上。

10.一种单晶炉，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的观察窗。

Images