CN114411264A - 一种旋转碳化硅长晶炉感应加热系统及长晶炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转碳化硅长晶炉感应加热系统，包括螺旋形的感应线圈、承载感应线圈的底座。所述底座包括旋转固定座及覆盖于旋转固定座上的旋转支座；所述感应线圈安装在旋转支座上，旋转支座旋转带动感应线圈沿感应线圈的中轴线旋转；通过调控感应线圈的旋转周期和旋转角度来控制感应线圈的磁场分布，从而调整温度场的分布。
Description
技术领域
本发明属于硅长晶炉技术领域。
背景技术
碳化硅晶体生长炉为高温炉，主要采用中频感应加热的方式，最高设计温度可达2400℃，由于中频感应加热主要为电磁感应原理，通过中频交流电在感应线圈中产生高密度的磁力线，并切割感应线圈中的晶体材料，产生很大的涡流并产生热量。其加热方式升温速度快，生产效率高。
如公开号为113136618A的中国发明专利申请中，即公开一种单晶炉。该单晶炉中以感应线圈作为加热器件，该感应线圈以螺旋形围绕保温组件。感应线圈用于产生交变磁场，使坩埚件产生涡流，以使坩埚件产生热量。但在包括该113136618A号专利申请内的现有技术中，主要是通过感应线圈的升降和坩埚的旋转来调节炉体中的温度场。然而现有技术中的碳化硅感应加热炉主要是通过感应线圈的升降和坩埚的旋转来调节炉体中的温度场，感应线圈无法旋转运动。同时因为感应线圈结构和安装的偏差会对感应线圈磁场的分布产生影响。同时在长晶过程中因为坩埚旋转存在无规律的震动，该震动会对晶体的生长带来直接的影响。坩埚旋转造成结构的复杂和稳定性的下降，从而影响炉体中温度场的分布。晶体在生长过程中，热场的径向均匀性直接影响晶体的生长品质与缺陷。
如，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是通过感应线圈的旋转替代坩埚的旋转提高加热磁场的均匀性，优化结构设计和提高结构的稳定性，避免了因为坩埚旋转带来的无规律的震动对长晶品质的影响。
技术方案：为解决上述问题，本发明可采用以下技术方案：
一种旋转碳化硅长晶炉感应加热系统，包括螺旋形的感应线圈、承载感应线圈的底座；所述底座包括固定座及围绕固定座的旋转支座；所述感应线圈安装在旋转支座上，旋转支座旋转带动感应线圈沿感应线圈的中轴线旋转；所述旋转固定座包括进水冷导电环内环及固定于进水冷导电环内环上的出水冷导电环内环；旋转支座包括进水冷导电环外环及固定于进水冷导电环外环上的出水冷导电环外环；所述进水冷导电环内环与进水冷导电环外环的连接处设有进水冷却水路；出水冷导电内环与出水冷导电环外环的连接处设有出水冷却水路；进水冷导电内环下方设有第一下进水冷电缆接头、出水冷导电内环下方设有第二下进水冷电缆接头；出水冷导电环外环侧面设有第一上进水冷电缆接头；进水冷导电环外环侧面设有第二上进水冷电缆接头；进水冷却水路、出水冷却水路通过第一下进水冷电缆接头、第二下进水冷电缆接头、第一上进水冷电缆接头、第二上进水冷电缆接头连接形成冷却水通路；还包括驱动旋转支座转动的驱动装置；所述驱动装置包括电机及安装在电机输出轴上的齿轮，所述旋转支座为圆盘形结构，且旋转支座的周向设置一圈与齿轮啮合的齿轮盘，齿轮转动带动旋转支座转动。
进一步的，所述出水冷导电环外环上表面向内延伸有上台阶环，进水冷导电环外环底表面向内延伸有下台阶环；所述固定支座的顶面抵靠于上台阶环；固定支座的底面抵靠于下台阶环；固定支座与上台阶环及下台阶环之间采用面接触，表面经过处理后形成滑动轴承结构，同时通过面接触形成导电通路。
进一步的，第一上进水冷电缆接头和第二上进水冷电缆接头通过金属软管连接。
进一步的，第一下进水冷电缆接头、第二下进水冷电缆接头、第一上进水冷电缆接头、第二上进水冷电缆接头将电源端的电流和冷却水输送到进水冷导电环和出水冷导电环，同时将冷却水和电流传输至感应线圈。
有益效果：相对于现有技术，本发明感应加热设备具有以技术效果：
可通过感应线圈的周期往复旋转调整感应线圈的磁场，从而调整温度场的分布。感应加热设备通过感应线圈的旋转代替坩埚的旋转，避免了因为坩埚旋转造成的长晶过程的震动等不稳定因素而影响晶体升长的问题。优化了因坩埚旋转导致的结构复杂和稳定性不高等问题。通过感应线圈的周期往复旋转可优化因线圈结构及安装不均匀导致的磁场分布均匀问题，从而调整温度场的分布。感应线圈的旋转改变了感应线圈磁场的旋转，而且可调控感应线圈的旋转周期和旋转角度来控制感应线圈的磁场分布。
本发明同时公开一种长晶炉，具有上述的旋转碳化硅长晶炉感应加热系统。
附图说明
图1是本发明旋转碳化硅长晶炉感应加热系统的结构图。
图2是进、出水冷导电环装配位置的截面示意图。
图3是进、出水冷导电环与传动机构部分装配位置的截面示意图。
图中包括：旋转动力1；进水冷导电环3；出水冷导电环4；感应线圈5；线圈安装座6；下法兰7；支承柱8；上法兰9；第一下进水冷电缆接头10；第二下进水冷电缆接头11；第一上进水冷电缆接头12；第二上进水冷电缆接头13；1-1旋转电机；1-2主动齿轮；2齿轮盘；进水冷导电环内环3-1；进水冷导电环外环3-2；绝缘垫圈3-3；螺钉绝缘垫3-4；格莱圈3-5；齿轮盘连接螺钉3-6；进水冷却水路3-7；出水冷导电环内环4-1；出水冷导电环外环4-2；绝缘垫圈4-3；螺钉绝缘垫4-4；进出水冷导电环绝缘垫4-5；格莱圈4-6；进出水冷导电环外环连接螺钉4-7；出水冷却水路4-8；。
具体实施方式
请结合图1所示，为本发明提供旋转碳化硅长晶炉感应加热系统，本发明是一种新型的在实现感应炉磁场升降的基础上可实现旋转控制的设计，优化感应炉磁场分布，优化炉体内部感应温度的分布的装置，优化了因坩埚旋转造成的结构复杂和稳定性差问题，包括：旋转动力1；传动机构部分；进水冷导电环3；出水冷导电环4；感应线圈5；线圈安装座6；下法兰7；支承柱8；上法兰9；第一下进水冷电缆接头10；第二下进水冷电缆接头11；第一上进水冷电缆接头12；第二上进水冷电缆接头13。进水冷导电环3作为旋转固定座，包括进水冷导电环内环3-1及进水冷导电环外环3-2。出水冷导电环4作为旋转支座，包括出水冷导电环内环4-1及出水冷导电环外环4-2。
旋转动力部分：为感应线圈5提供旋转扭力，通过连接在进水冷导电环3的齿轮盘2传递旋转运动到感应线圈5。
传动机构部分：包括安装与电机1-1上的齿轮1-2与安装在3进水冷导电环的2齿轮盘组成，实现运动的传动。
进出水冷导电环外环连接螺钉4-7将出水冷导电环外环4-2和进水冷导电环外环3-2连接通过齿轮盘2的带动实现同步转动。出水冷导电环内环4-1和进水冷导电环内环3-1通过螺钉3-8与线圈安装座6固定，同时通过螺钉绝缘垫3-9进行绝缘，可实现出水冷导电环外环4-2和进水冷导电环外环3-2同步绕着出水冷导电环内环4-1和进水冷导电环内环3-1转动。
进水冷导电环3的进水冷导电环外环3-2和出水冷导电环4的出水冷导电环的外环4-2通过螺钉连接固定并安装感应线圈5。在进水冷导电环内环3-1和出水冷导电环的内环4-1通过进出水冷导电环绝缘垫4-5隔开保证进出水冷导电环形成独立的供电回路。在进水冷导电环外环3-2和出水冷导电环4-2间的螺钉连接处同样用绝缘垫圈4-3、螺钉绝缘垫4-4、绝缘垫圈3-3和螺钉绝缘垫3-4间隔开保证独立的供电回路。在进水冷导电环3和出水冷导电环4的内外环之间是通过面接触保证导电通路的行程。所述出水冷导电环外环4-2上表面向内延伸有上台阶环，进水冷导电环外环3-2底表面向内延伸有下台阶环。所述固定支座中出水冷导电环的内环4-1的顶面抵靠于上台阶环；固定支座中进水冷导电环内环3-1的底面抵靠于下台阶环。固定支座与上台阶环及下台阶环之间采用面接触，表面经过处理后形成滑动轴承结构，同时通过面接触形成导电通路。
同时在进水冷导电环3和出水冷导电环4的各自的内外环之间有独立的出水冷却水路4-8和进水冷却水路3-7通过第一下进水冷电缆接头10、第二下进水冷电缆接头11、第一上进水冷电缆接头12和第二上进水冷电缆接头13将进出水连接行程冷却水通路。出水冷却水路4-8和进水冷却水路3-7分布在进出水冷导电环内外环上行程一周的空腔，保证冷却水即使在进出水冷导电环内外环在旋转的同时任有冷却水流通。并且通过4-6格莱圈和3-5格莱圈将水路密封，防止水流的渗漏。第一上进水冷电缆接头12和第二上进水冷电缆接头13可为金属软管通过接头与线圈和水冷环内外环连接。出水冷导电环外环4-2和进水冷导电环外环3-2连接固定同步绕着出水冷导电环内环4-1和进水冷导电环内环3-1转动。第一上进水冷电缆接头12和第二上进水冷电缆接头13可实现相对静止不动。
所以进出水冷导电环外环支承感应线圈绕着内圈实现旋转，同时通过水冷电缆接头和冷却水冷实现电源和冷却水的循环，保证感应线圈的加热功能。
上述的一种旋转碳化硅长晶炉感应加热系统应用于长晶炉中。故本发明提供的另一个实施例为包括上述旋转碳化硅长晶炉感应加热系统的长晶炉。
本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (5)
1.一种旋转碳化硅长晶炉感应加热系统，包括螺旋形的感应线圈、承载感应线圈的底座；其特征在于，所述底座包括固定座及围绕固定座的旋转支座；所述感应线圈安装在旋转支座上，旋转支座旋转带动感应线圈沿感应线圈的中轴线旋转；
所述旋转固定座包括进水冷导电环内环及固定于进水冷导电环内环上的出水冷导电环内环；旋转支座包括进水冷导电环外环及固定于进水冷导电环外环上的出水冷导电环外环；所述进水冷导电环内环与进水冷导电环外环的连接处设有进水冷却水路；出水冷导电内环与出水冷导电环外环的连接处设有出水冷却水路；进水冷导电内环下方设有第一下进水冷电缆接头、出水冷导电内环下方设有第二下进水冷电缆接头；出水冷导电环外环侧面设有第一上进水冷电缆接头；进水冷导电环外环侧面设有第二上进水冷电缆接头；进水冷却水路、出水冷却水路通过第一下进水冷电缆接头、第二下进水冷电缆接头、第一上进水冷电缆接头、第二上进水冷电缆接头连接形成冷却水通路；
还包括驱动旋转支座转动的驱动装置；所述驱动装置包括电机及安装在电机输出轴上的齿轮，所述旋转支座为圆盘形结构，且旋转支座的周向设置一圈与齿轮啮合的齿轮盘，齿轮转动带动旋转支座转动。
2.根据权利要求1所述的旋转碳化硅长晶炉感应加热系统，其特征在于，所述出水冷导电环外环上表面向内延伸有上台阶环，进水冷导电环外环底表面向内延伸有下台阶环；所述固定支座的顶面抵靠于上台阶环；固定支座的底面抵靠于下台阶环；固定支座与上台阶环及下台阶环之间采用面接触，表面经过处理后形成滑动轴承结构，同时通过面接触形成导电通路。
3.根据权利要求1或2所述的旋转碳化硅长晶炉感应加热系统，其特征在于，第一上进水冷电缆接头和第二上进水冷电缆接头通过金属软管连接。
4.根据权利要求2所述的旋转碳化硅长晶炉感应加热系统，其特征在于，第一下进水冷电缆接头、第二下进水冷电缆接头、第一上进水冷电缆接头、第二上进水冷电缆接头将电源端的电流和冷却水输送到进水冷导电环和出水冷导电环，同时将冷却水和电流传输至感应线圈。
5.一种长晶炉，其特征在于，具有如权利要求1至4中任一项所述的旋转碳化硅长晶炉感应加热系统。
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