CN114717649A - 上提拉开放式单晶炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了上提拉开放式单晶炉，炉体包括主炉室和副炉室，主炉室内部设有与籽晶配合的坩埚，主炉室的顶部设有炉盖，炉盖设有通孔；副炉室设于主炉室的上方，副炉室内设有绳体，绳体的底部末端与籽晶相配合；热场组件与坩埚相配合；坩埚驱动组件能够驱动坩埚在主炉室内转动或升降；提升驱动组件能够驱动绳体在副炉室内转动或升降；炉盖与副炉室之间设有缓冲组件；炉盖上设检测窗，能够与视觉检测组件配合。本发明结构稳定，可保证晶体的物理特性，并能够实时观察晶体生长情况。

Description

上提拉开放式单晶炉

技术领域

本发明属于及单晶材料生长技术领域，具体涉及一种上提拉开放式单晶炉。

背景技术

单晶炉是制备硅、锗、砷化镓、YAG(钇铝石榴石)、LSO(Lutetiumoxyorthosilicate)等人工晶体的专用设备，在惰性气体环境中，通过加热将多晶材料熔化，用直拉法生长无错位单晶，是集机械、电气、计算机、空气动力、流体动力、热动力学等学科于一体的综合系统。由于目前市面上上提拉法用于高温晶体生长设备主要在封闭式高真空高压环境下工作(真空炉)，然而真空炉结构复杂，真空环境控制难度大，操作不当则会造成炉体爆炸，给生产造成很大的安全隐患。

申请号为CN201980051052.2的发明专利申请公开了一种上提拉开放式单晶炉，晶体生长装置包括炉膛；炉膛包括炉体和炉盖；炉盖设置于炉体顶部；炉盖设置第一通孔；其中，第一通孔用于放置温场。该申请的晶体生长装置解决了传统真空炉要抽高真空再充保护气体的麻烦，也提高了设备的安全性；简化了炉体结构，各部分需要维护维修的结构都可以快速拆装，减少制造及维护成本；提高设备运行精度及稳定性；解决开放式炉膛由于热量对流对称重信号稳定性的影响等。

申请号为CN202120754817.3的实用新型专利公开了一种单晶提拉炉，该实用新型的热场组件包括导热座、电磁感应线圈、加热盘和保温套，导热座安装于支撑台上，导热座的上部设有坩埚安装槽，坩埚适配于坩埚安装槽内，导热座的上部围绕坩埚安装槽外设置有环形凹槽，电磁感应线圈容置于环形凹槽内，加热盘安装于坩埚安装槽下方的导热座内，保温套套设于导热座外，解决了现有的单晶提拉炉融化晶体原料过程中加热速度慢，提拉晶体过程中热场温度不稳定影响晶体的无缺陷生长的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定性强的、晶体生长率快的、单晶产品品质优良的上提拉开放式单晶炉。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

上提拉开放式单晶炉，包括，

炉体，包括连通设置的主炉室和副炉室，主炉室的内部设有坩埚，坩埚与籽晶相配合，主炉室的顶部设有炉盖，炉盖设有通孔；副炉室设于主炉室的上方，副炉室内设有绳体，绳体的底部末端通过夹持器与籽晶相配合；

热场组件，设于主炉室内部，并与坩埚相配合；

坩埚驱动组件，与坩埚相配合，能够驱动坩埚在主炉室内转动或升降；

提升驱动组件，设于副炉室的顶部，能够驱动绳体在副炉室内转动或升降；

缓冲组件，缓冲组件设于炉盖与副炉室之间，包括上下设置的第一固定板和第二固定板，第一固定板与副炉室的底部相连，第二固定板设于炉盖的上表面；第一固定板的底部设有缓冲柱，第二固定板的上表面设有弹簧片，弹簧片的顶部设有台阶部，台阶部与缓冲柱的底端相配合；

视觉检测组件，视觉检测组件设于炉盖的上方，包括CCD检测相机；炉盖设有检测窗，检测窗与CCD检测相机配合设置。

采用上述技术方案，通过晶体提拉法来生产单晶：在坩埚与主炉室的内壁之间可以填充保温材料，通过主炉室内的热场组件对坩埚加热，可使加入坩埚内部的多晶硅片等原料融化，在合适的温度下，融液中的硅原子会顺着籽晶的硅原子排列结构在固液交界面上规则地结晶，成为单晶体。把籽晶微微的旋转向上提升，融液中的硅原子会在前面形成的单晶体上继续结晶，并延续其规则的原子排列结构。如此，晶体在籽晶的表面生长，而不与坩埚接触，可以显著减小晶体应力，并且所得晶体的物理特性优良，能够适应复杂的加工工艺，并且可以方便的生产大直径晶体和特定形状的晶体，并且具有较快的生长率。

在主炉室与副炉室之间设置缓冲组件，缓冲组件在主炉室与副炉室之间环绕设置，可在副炉室相对主炉室以及炉盖的上下移动的过程中起到减振效果，从而提高整个炉体的稳定性，并可避免振动传递至副炉室会炉盖而引发内部籽晶的晃动，防止提拉出的单晶出现晶格空位、错位等物理缺陷，保证所得晶片的性能。

在炉盖上设置视觉检测组件可以实时观察晶体的生长状况，便于应对意外或突发情况，从而保证产品的品质。通过对热场组件的控制以及保温材料的设置可以方便的控制温度梯度，保证单晶生长过程的条件适宜，保证生长率。

根据本发明的一种实施方式，第二固定板的上表面设有缓冲弹簧，弹簧片设于缓冲弹簧的外侧，缓冲弹簧的顶部设有缓冲块，缓冲块与缓冲柱的底面相对设置；

缓冲柱的底部设有紧固件，紧固件具有“十”字型截面，紧固件上竖直方向的两个末端一端与缓冲柱的底部嵌合，另一端与缓冲块抵接；紧固件上水平方向的两个末端将弹簧片的台阶部夹紧在缓冲柱的底部。

通过缓冲组件可以在副炉室相对炉盖的上下移动的过程中起到减振的效果，避免振动传递至副炉室或者炉盖导致内部籽晶的晃动；副炉室在上下移动后，利用环绕设置的缓冲组件来使副炉室与炉盖之间的轴线重合度保持在一定范围内，保证其对中性。

进一步的，紧固件通过紧固螺栓等配件与缓冲柱紧固连接。

通过紧固件可以提高弹簧片与缓冲柱的连接紧密度，防止弹簧片移位，从而在振动能量的传导过程中，可以提高弹簧片的形变灵敏度，并在弹簧片的形变过程中消耗振动能量，保证缓冲组件的减振效果。缓冲柱与缓冲弹簧的对应设置也可以进一步消耗振动能量，提高绳体的稳定性以及对中性。

根据本发明的一种实施方式，缓冲组件还包括设置在缓冲柱外侧的第一限位件和设置在弹簧片外侧的第二限位件，第一限位件具有向下突出的第一凸起部，第二限位件具有向上突出的第二凸起部，第一凸起部与第二凸起部相对设置。

由此，通过第一限位件与第二限位件的配合可以避免缓冲组件中弹簧片、缓冲弹簧等压缩量过大，可以保持缓冲组件的主体结构不被破坏，保证其使用寿命。并且，在极端情况下，第一限位件与第二限位件对位碰撞，可在也可在碰撞过程中消耗能量，进而达到减振的效果。

根据本发明的一种实施方式，提升驱动组件包括提升器、称重器、晶转电机和转动盘；转动盘通过轴承设置在副炉室的上端，晶转电机的输出端与转动盘相连并驱动转动盘转动；转动盘的上方设有壳体，提升器与称重器均设置在壳体内，称重器与壳体固定连接，并且称重器的工作端与提升器相配合；绳体与提升器相配合。

由此，可通过晶转电机控制转动盘进行旋转，进而带动提升器、称重器进行旋转，带动绳体对籽晶进行旋转操作。通过提升器的运作可通过绳体驱动籽晶向上移动，便于单晶的生长。而称重器能够实时测定绳体末端的籽晶的重量，从而可判断单晶的生长速率，便于操作人员对加热温度的调节和控制。

根据本发明的一种实施方式，提升器包括与壳体固定连接的第一提升轮、第二提升轮、第三提升轮，以及与壳体不相连的第四提升轮，第一提升轮与第二提升轮位于第三提升轮与第四提升轮的下方，绳体上远离籽晶的一端与第一提升轮连接，并且绳体依次绕过第一提升轮、第二提升轮、第三提升轮与第四提升轮后向下延伸；

第四提升轮与称重器的工作端连接，并且第四提升轮铰接有第一杆体，第一杆体远离第四提升轮的末端为固定端，固定端与壳体转动连接且位置固定；固定端铰接有第二杆体，第二杆体设有弯折部，并且第二杆体远离第一杆体的一端与第三提升轮铰接，第四提升轮位于第二杆体的上方；

第二杆体设有通槽，绳体从通槽内穿过。

通过第一提升轮、第二提升轮、第三提升轮以及第四提升轮的设置，可实现提升器对绳体的拉拽力在壳体内部转向，从而使得绳体在第一提升轮、第二提升轮、第三提升轮以及第四提升轮之间张紧，促进拉拽作用的稳定传导，提高绳体的提升速度的平稳性，避免出现摆动或晃动，从而保证所得单晶的品质。

称重器设置在第四提升轮的上方，并且通过第四提升轮对称重器工作端的拉拽进行重量测定。由此，利用籽晶的重力和称重器的位置来保持绳体与主炉室之间的同轴度，即实现对中性保证，进一步提高绳体的平稳性。

第二杆体位于第一杆体的下方，并且设置弯折部，通槽设置在远离第三提升轮的一端。通过第一杆体与第二杆体的配合，可对第四提升轮位置进行限位，防止第四提升轮位置过于靠下，影响绳体的提升。这样在第四提升轮的上下移动过程中，第四提升轮即使向下移动并与第二杆体接触，第二杆体能够嵌在第四提升轮的轮槽内，对第四提升轮进行限位，且第二杆体上开设有通槽用于绳体的上下移动，不影响绳体的提升效果。

另一方面，第一杆体与第二杆体的配合可降低第四提升轮振动，进而可避免绳体以及籽晶的晃动。绳体一般选用钢绳。

根据本发明的一种实施方式，副炉室的内部设有减振室，绳体从减振室内部穿过；减振室包括上下设置的第一减振环、第二减振环；第一减振环与第二减振环之间有上下设置的第一减振套和第二减振套；第一减振套与第二减振套之间设有减振辅助件。

由于绳体与其末端的夹持器、籽晶具有一定长短的距离，通过设置减振室可减小或避免绳体中段处出现晃动或降低其晃动，从而提高绳体提升的平稳度，保证所得晶片的物理特性。减振室通过上下设置的第一减振环、第二减振环以及两者之间设置的部件来形成，在绳体上下升降的过程中，通过上下设置的第一减振套、第二减振套来限位提升绳体，并且绳体的晃动范围大幅度缩减；另外，对于提升过程以及绳体在转动过程中可能产生的振动，可通过第一减振套、第二减振套等组件进行消耗，避免或降低底部的夹持器以及籽晶的晃动，降低共振风险，保证所得晶片的品质。

进一步的，第一减振套与第二减振套均为具有环节状结构的伸缩套体。如此，在振动能量传递的过程中，第一减振套与第二减振套受其影响会发生一定程度的形变，并在伸长或压缩的过程中消耗振动能量，进而降低振动强度，提高装置的稳定性。

此外，第一减振环和第二减振环相对副炉室内的位置可以改变，换言之，减振室在竖直方向上相对于副炉室的位置课根据需要进行调整，已达到最佳的减振效果。

根据本发明的一种实施方式，减振辅助件包括T型限位套，T型限位套设有限位孔，绳体从限位孔内穿过；T型限位套的外侧套接有减振辅助环，减振辅助环内部中空，并且其外侧壁的底部设有开口；

开口将减振辅助环的外侧部分割为位于上方的第一环面和位于下方的第二环面；第一环面与第一减振套的内壁面连接，第二环面与第二减振套的内壁面连接；

减振辅助环的内部通过轴承连接有减振导板，减振导板穿过开口并向副炉室的内壁延伸；减振导板上远离减振辅助环的一端连接有减振阻尼，减振阻尼与第二减振环的上表面相配合。

由此，通过T型限位套上的限位孔进一步缩小绳体的晃动范围，提高绳体与主炉室的同轴性。并且，对于绳体提升过程中产生的晃动而言，通过绳体与限位套的接触来实现将振动力传递到限位套，限位套通过将力传递至减振辅助环，并通过轴承的传导，引发减振导板的转动，还可通过减振阻尼与第二减振环之间的摩擦等相互作用来消耗振动能量。

另一方面，减振辅助环通过第一环面与第二环面，可以将来自第一减振套或第二减振套的振动能量向减振导板以及减振阻尼传递，进而达到消耗振动能量的效果，提高绳体与籽晶的提升稳定性。

此外，通过减振室以及其内部的第一、第二减振套还可以起到隔温的作用，既可以避免温度向上传递影响上部称重器和提升机中的电器部件，还可以保证主炉室内温度的稳定性，降低能量损耗。

根据本发明的一种实施方式，坩埚的外侧套设有保护套体，保护套体包括多个首尾相连的护套弯板，相邻两个护套弯板之间设有护套柔性板，护套柔性板设有褶皱部，护套弯板的内壁与坩埚的外壁面接触。

由此，坩埚在受热后可能会出现形变，从而体积变大，通过保护套体来控制坩埚受热变形后其内径处于稳定范围内，不会与侧方的热场组件产生不必要接触。由于护套柔性板的设置，坩埚受热后其形变是向护套弯板之间的间隙处进行形变，从而保持坩埚内径不变，且保持其外部与外侧加热部件无接触，使得坩埚受热均匀，从而提高晶体的生长状况的可控性。

根据本发明的一种实施方式，主炉室的内部设有稳定组件，包括上下设置、并与主炉室同轴心的第一稳定套和第二稳定套，绳体从第一稳定套与第二稳定套的中心穿过；

第二稳定套的外侧辐射连接多个第二连杆，第二连杆远离第二稳定套的一端与主炉室的内壁相连，第二连杆倾斜设置；第一稳定套的外侧辐射连接多个第一连杆，第一连杆与第二连杆一一对应，并且第一连杆远离第一稳定套的一端与第二连杆的中部相连。

进一步的，第一稳定套和第二稳定套的内孔直径均大于晶种成型后成品外径；从而在籽晶表面生长的晶片成品能够对相对第一稳定套和第二稳定套上下位移，并避免成品晶片的磨损。

第一连杆、第二连杆以及第一稳定套和第二稳定套配合，形成类似雨伞骨架的结构，降低或减小绳体底部的晃动量，特别是避免绳体底部的大幅度晃动。而在绳体小幅度晃动的情况下，第一稳定套和第二稳定套与提升绳体不接触，降低与绳体摩擦接触，可防止绳体因与第一稳定套和/或第二稳定套频繁接触而引发的绳体弯折形变等情况。

本发明设置了缓冲组件，能够对副炉室相对炉盖的上下移动起到减振效果，炉体稳定性提高，并使副炉室与主炉室之间的轴线重合度保持在一定范围内，保证其对中性；并且可避免籽晶的晃动，保证所得晶片的性能；视觉检测组件通过CCD检测相机可以实时观察晶体的生长状况，便于应对意外或突发情况；提升器中四个提升轮的配合可以提高绳体的提升速度的平稳性；减振室以及稳定组件的设置，进一步保证绳体的对中性，减弱绳体的晃动，从而提升所得晶体的物理特性。因此，本发明是一种稳定性强的、晶体生长率快的、单晶产品品质优良的上提拉开放式单晶炉。

附图说明

图1为根据本发明实施例1的上提拉开放式单晶炉的立体结构示意图；

图2为图1中A部的局部放大示意图；

图3为图1所示上提拉开放式单晶炉的缓冲组件的结构示意图；

图4为图1所示上提拉开放式单晶炉的提升器的结构示意图；

图5为图4所示提升器中第二杆体的结构示意图；

图6为图1所示上提拉开放式单晶炉的主炉室的内部结构示意图；

图7为图6所示主炉室内部俯视结构示意图；

图8为图7中B部的局部放大示意图；

图9为根据本发明实施例2的上提拉开放式单晶炉的副炉室的内部结构示意图；

图10为图9中C部的局部放大示意图；

图11为图9中减振辅助环的剖面结构示意图；

图12为根据本发明实施例3的上提拉开放式单晶炉的的主炉室的内部结构示意图；

图13为图11所示主炉室的内部俯视结构示意图。

附图标号：主炉室101；副炉室102；坩埚103；绳体104；夹持器105；籽晶106；热场组件107；炉盖10；检测窗11；CCD检测相机12；支撑板21；转轴22；埚升电机23；埚转电机24；滚珠丝杠25；缓冲组件30；第一固定板31；第二固定板32；缓冲柱33；弹簧片34；台阶部341；缓冲弹簧351；缓冲块352；紧固件36；第一限位件37；第一凸起部371；第二限位件38；第二凸起部381；提升驱动组件40；称重器41；晶转电机42；转动盘43；壳体44；第一提升轮51；第二提升轮52；第三提升轮53；第四提升轮54；第一杆体55；第二杆体56；弯折部561；通槽562；保护套体60；护套弯板61；护套柔性板62；褶皱部621；减振室70；第一减振环71；第二减振环72；第一减振套73；第二减振套74；T型限位套75；限位孔751；减振辅助环76；开口761；第一环面762；第二环面763；轴承77；减振导板78；减振阻尼79；第一稳定套81；第二稳定套82；第一连杆83；第二连杆84。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

实施例1：

图1～图8示意性的显示了根据本发明一实施方式的上提拉开放式单晶炉。如图所示，本装置包括炉体，炉体包括上下设置的主炉室101和副炉室102，副炉室102位于主炉室101的上方，并且主炉室101的顶部设有炉盖10，炉盖10设有通孔用于将主炉室101与副炉室102连通。主炉室101的内部设有坩埚103，用于盛放多晶硅片等原材。主炉室101内，在坩埚103的外侧还设有热场组件107，用于对坩埚103进行加热。在坩埚103与主炉室101的内壁之间还填充有保温材料，以提高热场组件107的加热效率，避免能量浪费。副炉室102内设有绳体104，并且绳体104为钢绳；绳体104的底部末端向下延伸直至主炉室101，并且绳体104底部末端通过夹持器105与籽晶106相配合；籽晶106可与坩埚103内的原材配合，用于单晶体的生长。此外，主炉室101还设置有与坩埚103配合的坩埚103驱动组件，用于驱动坩埚103在主炉室101内转动或升降；副炉室102的顶部设置提升驱动组件40，用于驱动绳体104在副炉室102内转动或升降。

坩埚103驱动组件，包括支撑板21、埚升电机23、埚转电机24和滚珠丝杠25等。支撑板21位于主炉室101的内部、热场组件107的下方，坩埚103固定设置在支撑板21上。支撑板21的底部设有向下延伸的转轴22，转轴22与埚转电机24的输出端相连，并可在埚转电机24的驱动下带动支撑板21以及坩埚103转动。转轴22与滚珠丝杠25螺纹连接，滚珠丝杠25的螺杆与埚升电机23的输出端连接，在埚升电机23的驱动下，滚珠丝杠25的螺杆转动，并进一步驱动转轴22带动支撑板21以及坩埚103上下移动。

采用本实施例的上提拉开放式单晶炉，通过晶体提拉法来生产单晶，通过主炉室101内的热场组件107对坩埚103加热，可使加入坩埚103内部的多晶硅片等原料融化，在合适的温度下，融液中的硅原子会顺着籽晶106的硅原子排列结构在固液交界面上规则地结晶，成为单晶体。把籽晶106微微的旋转向上提升，融液中的硅原子会在前面形成的单晶体上继续结晶，并延续其规则的原子排列结构。如此，晶体在籽晶106的表面生长，而不与坩埚103接触，可以显著减小晶体应力，并且所得晶体的物理特性优良，能够适应复杂的加工工艺，并且可以方便的生产大直径晶体和特定形状的晶体，并且具有较快的生长率。

炉盖10与副炉室102之间设有缓冲组件30进行减振，缓冲组件30包括上下设置的第一固定板31和第二固定板32，第一固定板31与副炉室102的底部相连，第二固定板32设于炉盖10的上表面；第一固定板31的底部设有缓冲柱33，第二固定板32的上表面设有弹簧片34，弹簧片34的顶部设有台阶部341，台阶部341与缓冲柱33的底端相配合。通过台阶部341与缓冲柱33的适配，可提高缓冲组件30整体的稳定性，在振动发生时，能够提高振动传递的灵敏度，从而增强缓冲效果。台阶部341的顶部即为弹簧片34的最顶端，设为弯曲的曲面结构，而非直角折弯，从而有助于弹簧片34的弹性形变，可防止弹簧片34断裂或难以复原。第二固定板32的上表面设有缓冲弹簧351，弹簧片34设于缓冲弹簧351的外侧，缓冲弹簧351的顶部设有缓冲块352，缓冲块352与缓冲柱33的底面相对设置。

在副炉室102相对炉盖10的上下移动的过程中，通过台阶部341与缓冲柱33的连接，可将振动传递至弹簧片34，弹簧片34受到影响发生形变，并消耗部分振动能量，从而减弱副炉室102对主炉室101的影响，并避免振动传递至副炉室102会炉盖10而引发内部籽晶106的晃动。而缓冲柱33与缓冲弹簧351的对应设置也可以进一步消耗振动能量，提高绳体104的稳定性以及对中性。

缓冲柱33的底部设有紧固件36，紧固件36具有“十”字型截面，紧固件36上竖直方向的两个末端一端与缓冲柱33的底部嵌合，另一端与缓冲块352抵接；紧固件36上水平方向的两个末端将弹簧片34的台阶部341夹紧在缓冲柱33的底部。紧固件36通过紧固螺栓与缓冲柱33紧固连接。通过紧固件36可以防止弹簧片34移位，提高弹簧片34的形变灵敏度，从而保证缓冲组件30的减振效果。

缓冲组件30还包括设置在缓冲柱33外侧的第一限位件37和设置在弹簧片34外侧的第二限位件38，第一限位件37具有向下突出的第一凸起部371，第二限位件38具有向上突出的第二凸起部381，第一凸起部371与第二凸起部381相对设置。通过第一限位件37与第二限位件38的配合可以避免缓冲组件30中弹簧片34、缓冲弹簧351等压缩量过大，可以保持缓冲组件30的主体结构不被破坏，保证其使用寿命。并且，在极端情况下，副炉室102的运作强度大，振动明显，第一限位件37与第二限位件38对位碰撞，可在也可在碰撞过程中消耗能量，进而达到减振的效果。

提升驱动组件40设置在副炉室102的顶部，并与绳体104相配合。提升驱动组件40包括提升器、称重器41、晶转电机42和转动盘43；转动盘43通过轴承77设置在副炉室102的上端，晶转电机42的输出端与转动盘43相连并驱动转动盘43转动；转动盘43的上方设有壳体44，提升器与称重器41均设置在壳体44内。如此，通过提升器可驱动绳体104上下移动，尤其是可以实现绳体104的提升，通过晶转电机42驱动转动盘43转动，可带动绳体104以及籽晶106转动。

提升器对绳体104的提拉速度范围为：0.01～5mm/min；转动盘43的转速范围为1～80r/min。较为优选的，提升器对绳体104的提拉速度范围为：0.05～3mm/min；转动盘43的转速范围为1.5～60r/min。更为优选的，提升器对绳体104的提拉速度范围为：0.1～2mm/min；转动盘43的转速范围为2～40r/min。更为优选的，提升器对绳体104的提拉速度范围为：0.1～1mm/min；转动盘43的转速范围为2～30r/min。

具体的，提升器包括与壳体44固定连接的第一提升轮51、第二提升轮52、第三提升轮53，以及与壳体44不相连的第四提升轮54。第一提升轮51与第二提升轮52位于第三提升轮53与第四提升轮54的下方，绳体104上远离籽晶106的一端与第一提升轮51连接，并且绳体104依次绕过第一提升轮51、第二提升轮52、第三提升轮53与第四提升轮54后向下延伸。

第四提升轮54与称重器41连接，具体的，称重器41的顶部为固定端，固定端与壳体44的顶部内壁固定连接；称重器41的底部为工作端，用于与被称量物配合，本实施例中，称量器的工作端与第四提升轮54相连。如此，当籽晶106表面有单晶体生长时，籽晶106对绳体104的拉拽力度提升，进而可通过称重器41感应到绳体104重力的变化，从而可监测晶体生长的状况。

第四提升轮54铰接有第一杆体55，第一杆体55远离第四提升轮54的末端为固定端，固定端与壳体44转动连接且位置固定；固定端铰接有第二杆体56，第二杆体56设有弯折部561，并且第二杆体56远离第一杆体55的一端与第三提升轮53铰接，第四提升轮54位于第二杆体56的上方，第二杆体56设有通槽562，绳体104从通槽562内穿过。

具体的，第二杆体56的弯折部561成钝角折弯，并且第四提升轮54位于弯折部561的夹角之内，而通槽562设于第二杆体56上远离第三提升轮53的一端。通过第二杆体56可对第四提升轮54的位置进行限位，防止第四提升轮54位置过于靠下，而影响绳体104的提升。这样在第四提升轮54的上下移动过程中，第四提升轮54即使向下移动并与第二杆体56接触，第二杆体56将嵌在第四提升轮54的轮槽内，对第四提升轮54进行限位，且第二杆体56上开设有通槽562用于绳体104的上下移动，不影响绳体104的提升效果。

通过第一提升轮51、第二提升轮52、第三提升轮53以及第四提升轮54的设置，可实现提升器对绳体104的拉拽力在壳体44内部转向，从而使得绳体104张紧，促进拉拽作用的稳定传导，利用籽晶106的重力和称重器41的位置来保持绳体104与主炉室101之间的同轴度，提高绳体104的提升速度的平稳性，避免出现摆动或晃动，从而保证所得单晶的品质。

此外，如图4所示，第三提升轮53的固定轴以及第一杆体55的固定端分设在第四提升轮54的两侧，第一提升轮51与第二提升轮52均位于第四提升轮54的下方，如此可以保证壳体44内部的受力平衡，防止偏移，进一步提高稳定性。

坩埚103的外侧套设有保护套体60，保护套体60包括多个首尾相连的护套弯板61，相邻两个护套弯板61之间设有护套柔性板62，护套柔性板62设有褶皱部621。护套弯板61与坩埚103的外壁相适配，即护套弯板61的内壁与坩埚103的外壁面接触。由于护套柔性板62的设置，且其上的褶皱部621具有竖直方向的眼神“折痕”，坩埚103受热后其形变是向护套弯板61之间的间隙处进行形变，并对护套柔性板62施力，使得褶皱部621受其影响而变形，从而保持坩埚103内径不变，且保持其外部与外侧加热部件无接触，使得坩埚103受热均匀，从而提高晶体的生长状况的可控性。

此外，炉盖10的上方还设有透明的检测窗11，检测窗11与视觉检测组件配合设置。视觉检测组件包括机架和CCD检测相机12，机架设置在主炉室101的侧方，CCD检测相机12位于炉盖10的上方，正对检测窗11设置，并且CCD检测相机12可以调节拍摄角度。如此，CCD检测相机12通过设置在炉盖10上的透明检测窗11可以实时监测主炉室101内晶体的生长状况，便于应对意外或突发情况，从而保证产品的品质。

CCD检测相机12与中控系统相连，结合光学和图像处理方面的相关理论来检测籽晶106的运动轨迹，获得其摆动轨迹的几何形状的各项参数，包括时机摆动轨迹幅值、摆动幅值与时间的关系、摆动幅值与频率的关系等，并可以此为参照，调控坩埚103驱动组件以及提升驱动组件40的运作。

本实施例中CCD检测相机12选用Costar公司的SⅠ-M100摄像机，分辨率为1296*1030，帧频为12帧/秒，像数尺寸为6.7μm*6.7μm，信噪比>56dB，快门速度从1/10000到2秒可调。

本实施例通过缓冲组件30，对副炉室102相对炉盖10的上下移动起到减振效果，炉体稳定性提高，并使副炉室102与主炉室101之间的轴线重合度保持在一定范围内，保证其对中性；通过视觉检测组件通过CCD检测相机12可以实时观察晶体的生长状况；提升器中四个提升轮的配合可以提高绳体104的提升速度的平稳性。

实施例2

图9～图11示意性的显示了根据本发明另一实施方式的上提拉开放式单晶炉，与实施例1的不同之处在于：

副炉室102的内部设有减振室70，绳体104从减振室70内部穿过；减振室70包括上下设置的第一减振环71、第二减振环72；第一减振环71与第二减振环72之间有上下设置的第一减振套73和第二减振套74；第一减振套73与第二减振套74之间设有减振辅助件。

由于绳体104与其末端的夹持器105、籽晶106具有一定长短的距离，通过设置减振室70可减小或避免绳体104中段处出现晃动或降低其晃动，从而提高绳体104提升的平稳度，保证所得晶片的物理特性。减振室70通过上下设置的第一减振环71、第二减振环72以及两者之间设置的部件来形成，在绳体104上下升降的过程中，通过上下设置的第一减振套73、第二减振套74来限位提升绳体104，并且绳体104的晃动范围大幅度缩减；另外，对于提升过程以及绳体104在转动过程中可能产生的振动，可通过第一减振套73、第二减振套74等组件进行消耗，避免或降低底部的夹持器105以及籽晶106的晃动，降低共振风险，保证所得晶片的品质。

第一减振套73与第二减振套74均为具有环节状结构的伸缩套体。如此，在振动能量传递的过程中，第一减振套73与第二减振套74受其影响会发生一定程度的形变，并在伸长或压缩的过程中消耗振动能量，进而降低振动强度，提高装置的稳定性。

减振辅助件包括T型限位套75，T型限位套75设有限位孔751，绳体104从限位孔751内穿过；T型限位套75的外侧套接有减振辅助环76，减振辅助环76内部中空，并且其外侧壁的底部设有开口761；开口761将减振辅助环76的外侧部分割为位于上方的第一环面762和位于下方的第二环面763；第一环面762与第一减振套73的内壁面连接，第二环面763与第二减振套74的内壁面连接；

减振辅助环76的内部通过轴承77连接有减振导板78，减振导板78穿过开口761并向副炉室102的内壁延伸；减振导板78上远离减振辅助环76的一端连接有减振阻尼79，减振阻尼79与第二减振环72的上表面相配合。

由此，通过T型限位套75上的限位孔751进一步缩小绳体104的晃动范围，提高绳体104与主炉室101的同轴性。并且，对于绳体104提升过程中产生的晃动而言，通过绳体104与限位套的接触来实现将振动力传递到限位套，限位套通过将力传递至减振辅助环76，并通过轴承77的传导，引发减振导板78的转动，还可通过减振阻尼79与第二减振环72之间的摩擦等相互作用来消耗振动能量。

另一方面，减振辅助环76通过第一环面762与第二环面763，可以将来自第一减振套73或第二减振套74的振动能量向减振导板78以及减振阻尼79传递，进而达到消耗振动能量的效果，提高绳体104与籽晶106的提升稳定性。

此外，通过减振室70以及其内部的第一减振套73、第二减振套74还可以起到隔温的作用，既可以避免温度向上传递影响上部称重器41和提升机中的电器部件，还可以保证主炉室101内温度的稳定性，降低能量损耗。

实施例3

图12和图13示意性的显示了根据本发明又一实施方式的上提拉开放式单晶炉，与实施例1的不同之处在于：

主炉室101的内部设有稳定组件，包括上下设置、并与主炉室101同轴心的第一稳定套81和第二稳定套82，绳体104从第一稳定套81与第二稳定套82的中心穿过；第二稳定套82的外侧辐射连接多个第二连杆84，第二连杆84远离第二稳定套82的一端与主炉室101的内壁相连，第二连杆84倾斜设置；第一稳定套81的外侧辐射连接多个第一连杆83，第一连杆83与第二连杆84一一对应，并且第一连杆83远离第一稳定套81的一端与第二连杆84的中部相连。

第一稳定套81和第二稳定套82的内孔直径均大于晶种成型后成品外径；从而在籽晶106表面生长的晶片成品能够对相对第一稳定套81和第二稳定套82上下位移，并避免成品晶片的磨损。

第一连杆83、第二连杆84以及第一稳定套81和第二稳定套82配合，形成类似雨伞骨架的结构，降低或减小绳体104底部的晃动量，特别是避免绳体104底部的大幅度晃动。而在绳体104小幅度晃动的情况下，第一稳定套81和第二稳定套82与提升绳体104不接触，降低与绳体104摩擦接触，可防止绳体104因与第一稳定套81和/或第二稳定套82频繁接触而引发的绳体104弯折形变等情况。

本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.上提拉开放式单晶炉，其特征在于，包括，

炉体，包括连通设置的主炉室(101)和副炉室(102)，所述主炉室(101)的内部设有坩埚(103)，所述坩埚(103)与籽晶(106)相配合，所述主炉室(101)的顶部设有炉盖(10)，所述炉盖(10)设有通孔；所述副炉室(102)设于所述主炉室(101)的上方，所述副炉室(102)内设有绳体(104)，所述绳体(104)的底部末端通过夹持器(105)与所述籽晶(106)相配合；

热场组件(107)，设于所述主炉室(101)内部，并与所述坩埚(103)相配合；

坩埚(103)驱动组件，与所述坩埚(103)相配合，能够驱动所述坩埚(103)在所述主炉室(101)内转动或升降；

提升驱动组件(40)，设于所述副炉室(102)的顶部，能够驱动所述绳体(104)在所述副炉室(102)内转动或升降；

缓冲组件(30)，所述缓冲组件(30)设于所述炉盖(10)与所述副炉室(102)之间，包括上下设置的第一固定板(31)和第二固定板(32)，所述第一固定板(31)与所述副炉室(102)的底部相连，所述第二固定板(32)设于所述炉盖(10)的上表面；所述第一固定板(31)的底部设有缓冲柱(33)，所述第二固定板(32)的上表面设有弹簧片(34)，所述弹簧片(34)的顶部设有台阶部(341)，所述台阶部(341)与所述缓冲柱(33)的底端相配合；

视觉检测组件，所述视觉检测组件与所述炉盖(10)相配合，包括CCD检测相机(12)；所述炉盖(10)设有检测窗(11)，所述检测窗(11)与所述CCD检测相机(12)配合设置。

2.根据权利要求1所述的上提拉开放式单晶炉，其特征在于，所述第二固定板(32)的上表面设有缓冲弹簧(351)，所述弹簧片(34)设于所述缓冲弹簧(351)的外侧，所述缓冲弹簧(351)的顶部设有缓冲块(352)，所述缓冲块(352)与所述缓冲柱(33)的底面相对设置；

所述缓冲柱(33)的底部设有紧固件(36)，所述紧固件(36)具有“十”字型截面，所述紧固件(36)上竖直方向的两个末端一端与所述缓冲柱(33)的底部嵌合，另一端与所述缓冲块(352)抵接；所述紧固件(36)上水平方向的两个末端将所述弹簧片(34)的台阶部(341)夹紧在所述缓冲柱(33)的底部。

3.根据权利要求2所述的上提拉开放式单晶炉，其特征在于，所述缓冲组件(30)还包括设置在所述缓冲柱(33)外侧的第一限位件(37)和设置在所述弹簧片(34)外侧的第二限位件(38)，所述第一限位件(37)具有向下突出的第一凸起部(371)，所述第二限位件(38)具有向上突出的第二凸起部(381)，所述第一凸起部(371)与所述第二凸起部(381)相对设置。

4.根据权利要求1所述的上提拉开放式单晶炉，其特征在于，所述提升驱动组件(40)包括提升器、称重器(41)、晶转电机(42)和转动盘(43)；

所述转动盘(43)通过轴承(77)设置在所述副炉室(102)的上端，所述晶转电机(42)的输出端与所述转动盘(43)相连并驱动所述转动盘(43)转动；

所述转动盘(43)的上方设有壳体(44)，所述提升器与所述称重器(41)均设置在所述壳体(44)内，所述称重器(41)与所述壳体(44)固定连接，并且所述称重器(41)的工作端与所述提升器相配合；所述绳体(104)与所述提升器相配合。

5.根据权利要求4所述的上提拉开放式单晶炉，其特征在于，所述提升器包括与所述壳体(44)固定连接的第一提升轮(51)、第二提升轮(52)、第三提升轮(53)，以及与所述壳体(44)不相连的第四提升轮(54)，所述第一提升轮(51)与所述第二提升轮(52)位于所述第三提升轮(53)与所述第四提升轮(54)的下方，所述绳体(104)上远离所述籽晶(106)的一端与所述第一提升轮(51)连接，并且所述绳体(104)依次绕过所述第一提升轮(51)、第二提升轮(52)、第三提升轮(53)与所述第四提升轮(54)后向下延伸；所述第四提升轮(54)与所述称重器(41)的工作端连接。

6.根据权利要求5所述的上提拉开放式单晶炉，其特征在于，所述第四提升轮(54)铰接有第一杆体(55)，所述第一杆体(55)远离所述第四提升轮(54)的末端为固定端，所述固定端与所述壳体(44)转动连接且位置固定；所述固定端铰接有第二杆体(56)，所述第二杆体(56)设有弯折部(561)，并且所述第二杆体(56)远离所述第一杆体(55)的一端与所述第三提升轮(53)铰接，所述第四提升轮(54)位于所述第二杆体(56)的上方；所述第二杆体(56)设有通槽(562)，所述绳体(104)从所述通槽(562)内穿过。

7.根据权利要求1所述的上提拉开放式单晶炉，其特征在于，所述副炉室(102)的内部设有减振室(70)，所述绳体(104)从所述减振室(70)内部穿过；

所述减振室(70)包括上下设置的第一减振环(71)、第二减振环(72)；所述第一减振环(71)与所述第二减振环(72)之间有上下设置的第一减振套(73)和第二减振套(74)；所述第一减振套(73)与所述第二减振套(74)之间设有减振辅助件。

8.根据权利要求7所述的上提拉开放式单晶炉，其特征在于，所述减振辅助件包括T型限位套(75)，所述T型限位套(75)设有限位孔(751)，所述绳体(104)从所述限位孔(751)内穿过；所述T型限位套(75)的外侧套接有减振辅助环(76)，所述减振辅助环(76)内部中空，并且其外侧壁的底部设有开口(761)；

所述开口(761)将所述减振辅助环(76)的外侧部分割为位于上方的第一环面(762)和位于下方的第二环面(763)；所述第一环面(762)与所述第一减振套(73)的内壁面连接，所述第二环面(763)与所述第二减振套(74)的内壁面连接；

所述减振辅助环(76)的内部通过轴承(77)连接有减振导板(78)，所述减振导板(78)穿过所述开口(761)并向所述副炉室(102)的内壁延伸；所述减振导板(78)上远离所述减振辅助环(76)的一端连接有减振阻尼(79)，所述减振阻尼(79)与所述第二减振环(72)的上表面相配合。

9.根据权利要求1所述的上提拉开放式单晶炉，其特征在于，所述坩埚(103)的外侧套设有保护套体(60)，所述保护套体(60)包括多个首尾相连的护套弯板(61)，相邻两个护套弯板(61)之间设有护套柔性板(62)，所述护套柔性板(62)设有褶皱部(621)，所述护套弯板(61)的内壁与所述坩埚(103)的外壁面接触。

10.根据权利要求1所述的上提拉开放式单晶炉，其特征在于，所述主炉室(101)的内部设有稳定组件，包括上下设置、并与所述主炉室(101)同轴心的第一稳定套(81)和第二稳定套(82)，所述绳体(104)从所述第一稳定套(81)与所述第二稳定套(82)的中心穿过；

所述第二稳定套(82)的外侧辐射连接多个第二连杆(84)，所述第二连杆(84)远离所述第二稳定套(82)的一端与所述主炉室(101)的内壁相连，所述第二连杆(84)倾斜设置；所述第一稳定套(81)的外侧辐射连接多个第一连杆(83)，所述第一连杆(83)与所述第二连杆(84)一一对应，并且所述第一连杆(83)远离所述第一稳定套(81)的一端与所述第二连杆(84)的中部相连。

Images