CN114934311A - 一种超声波搅拌的氮化镓液相生长装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波搅拌的氮化镓液相生长装置,包括壳体,所述外壳体内部设置有容纳腔,所述外壳体顶端螺栓固定连接有用于将容纳腔进行封堵的盖体,所述容纳腔内部固定连接有反应壳体;所述反应壳体内底壁设置有加热件,所述反应壳体上固定连接有多个超声波振子;所述容纳腔内部固定连接有固定块,所述固定块上固定连接有用于对反应壳体进行进料的进料机构;所述外壳体上设置有用于对容纳腔进行冲入氮气的充气组件。本发明通过在反应壳体底端固定连接有多个超声波振子能够实现反应壳体内部产生超声振动,以实现其内部的物料能够实现更加充分的进行混合,相对于现有技术中的机械搅拌结构,能够大大的减小搅拌装置的结构,使得设备的结构更加的简单。
Description
技术领域
本发明属于单晶材料生长技术领域,尤其涉及一种超声波搅拌的氮化镓液相生长装置。
背景技术
氮化镓作为第三代半导体材料,凭借其宽禁带、高击穿电压和高导热率等优良特性在光电和微电领域一直备受关注。相对于氮化镓器件的快速发展,氮化镓晶体生长技术相对滞后,缺少高质量、大尺寸的氮化镓衬底材料是限制氮化镓器件性能进一步提升的重要因素。
经检索,公开号CN109680334A公开了一种钠助熔剂法氮化镓单晶的生长装置,包括在内部设计的籽晶夹具、反应容器、载物台等结构,其通过传动杆连接的电机带动反应腔托盘转动,使反应容器及其内部坩埚与籽晶夹具产生相对转动,实现籽晶夹持杆对金属熔融液的搅拌,改善其内部的氮原子浓度均匀性,从而达到提高籽晶周围氮原子浓度的目的,避免晶体贫氮。
但是上述专利中,所要实现搅拌功能,通过一系列机械结构以实现搅拌的功能,但是这个过程中,机械搅拌的搅拌效果有限,且所需要的机械结构较多,导致设备整体结构呈现较为复杂,导致使得实际上的操作难度较大,并且在机械搅拌的过程中,还存在:容易引入新的杂质和气泡;容易破坏生长的平衡条件,造成氮化镓无序结晶,易于生长多晶等不利于氮化镓单晶生长的新问题;增加了其他缺陷产生的概率,导致晶体的生长质量降低的问题发生等缺陷。
为此,我们提出来一种超声波搅拌的氮化镓液相生长装置解决上述问题。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种超声波搅拌的氮化镓液相生长装置,该装置能够实现装置内部通过超声振动以实现物料更好的混合,使得物料分布的更加均匀,且能够大大减小所需要的搅拌机械结构,以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种超声波搅拌的氮化镓液相生长装置,包括外壳体,所述外壳体内部设置有容纳腔,所述外壳体顶端螺栓固定连接有用于将容纳腔进行封堵的盖体,所述容纳腔内部固定连接有反应壳体;
所述反应壳体内底壁设置有加热件,所述反应壳体上固定连接有多个超声波振子;
所述容纳腔内部固定连接有固定块,所述固定块上固定连接有用于对反应壳体进行进料的进料机构;
所述外壳体上设置有用于对容纳腔进行冲入氮气的充气组件。
进一步的,所述反应壳体外底壁固定连接有隔热陶瓷片,所述隔热陶瓷片底端与超声波振子固定连接。
进一步的,所述超声波振子环侧环绕有散热管,所述散热管为金属材质,所述散热管贯穿容纳腔并延伸至外部连接有散热器。
进一步的,所述进料机构包括进料缸以及进料管,所述进料缸固定连接在固定块上,所述进料管两端分别与进料缸以及进料管固定连通设置。
进一步的,所述进料机构还包括加压气缸以及加压板,所述加压气缸固定连接在盖体上,所述加压气缸底部输出端与加压板固定连接,所述加压板可密封滑动连接在进料缸内部。
进一步的,所述进料缸外环侧固定连接有第一加热环,所述进料管外环测固定连接有第二加热环。
进一步的,所述充气组件包括进气机构以及排气机构,所述进气机构设置在外壳体环侧上,且与容纳腔侧壁底端连通设置,所述排气机构设置在盖体上。
进一步的,所述进气机构包括环绕在外壳体外环侧上的导管,所述导管通过连通管与容纳腔侧壁底端连通设置,所述导管连通有气源。
进一步的,所述排气机构包括设置在盖体上的排气电磁阀。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明通过在反应壳体底端固定连接有多个超声波振子能够实现反应壳体内部产生超声振动,以实现其内部的物料能够实现更加充分的进行混合,相对于现有技术中的机械搅拌结构,能够大大的减小搅拌装置的结构,使得设备的结构更加的简单;并且在超声波发生时,在液面上部与氮气N2结合处,超声波搅拌作用能很好的促使N2融合到溶液中,有利于氮化镓的生长;并且超声波搅拌无死角,能保证溶液中各种成分均匀的一致性;并且超声波搅拌的时间控制很精确,液体很快就会平静稳定,而机械搅拌后很长时间内溶液都不平稳,会影响氮化镓生长质量。
附图说明
图1为本发明提出的一种超声波搅拌的氮化镓液相生长装置的外部结构示意图;
图2为本发明提出的一种超声波搅拌的氮化镓液相生长装置的剖视结构示意图;
图3为本发明提出的一种超声波搅拌的氮化镓液相生长装置中反应壳体底部结构示意图;
图4为本发明提出的一种超声波搅拌的氮化镓液相生长装置中反应壳体底壁剖视结构示意图。
图中:1、外壳体;11、容纳腔;12、盖体;2、反应壳体;3、加热件;4、超声波振子;5、固定块;6、进料机构;61、进料缸;62、进料管;63、第一加热环;64、第二加热环;65、加压气缸;66、加压板;7、充气组件;71、导管;72、连通管;73、排气电磁阀;8、隔热陶瓷片;9、散热管;10、籽晶。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-4,一种超声波搅拌的氮化镓液相生长装置,包括外壳体1,外壳体1内部设置有容纳腔11,外壳体1顶端螺栓固定连接有用于将容纳腔11进行封堵的盖体12,以实现容纳腔11内部可以处于一个密封状态。
容纳腔11内部固定连接有反应壳体2,反应壳体2内底壁设置有加热件3,加热件3为环形设置的发热电阻丝,以实现对于反应壳体2的反应提供所需要的温度,并且还可在容纳腔11内部设置有相应的热电偶以实现测量反应壳体2内部的温度,以实现根据温度进行控制加热件3的功率,以实现更加的对于反应壳体2的温度进行调节。
并且还可在反应壳体2上固定连接有多个超声波振子4,超声波振子4可以设置在反应壳体2的外底端、也可以设置在反应壳体2的外侧壁上、甚至是反应壳体2的侧壁内部,以实现通过超声波振子4能够在反应壳体2内部产生超声波振动,以实现能够确保装置所要实现振动功能的结构更为简单,且相对于机械搅拌的方式,能够实现反应壳体2内部的物料混合的更加均匀,以便于后续的反应进行,并且后续反应在籽晶10上生长出高质量的氮化镓。
并且上述的超声波振子4的优点还在于:在超声波发生时,在液面上部与氮气N2结合处,超声波搅拌作用能很好的促使N2融合到溶液中,有利于氮化镓的生长;并且超声波搅拌无死角,能保证溶液中各种成分均匀的一致性;并且超声波搅拌的时间控制很精确,液体很快就会平静稳定,而机械搅拌后很长时间内溶液都不平稳,会影响氮化镓生长质量。
并且为了避免反应壳体2的温度过高而影响超声波振子4的工作,可以在反应壳体2外底壁与超声波振子4之间设置有隔热陶瓷片8,也即超声波振子4通过隔热陶瓷片8与反应壳体2相固定连接,而超声波振子4能够在隔热陶瓷片8的作用下避免直接与反应壳体2相接触,进而能够有效的避免超声波振子4的温度过高。
还可进一步的超声波振子4环侧环绕有散热管9,散热管9为金属材质,散热管9内部填充有导热油或者导热液,散热管9贯穿容纳腔11并延伸至外部连接有散热器(图中未示出),散热器内部设置有带动导热油或者导热液循环流动的泵体,以实现导热油或者导热液能够在散热器内部进行散热,以确保将会持续不断的通过散热管9实现对于超声波振子4进行吸热,避免超声波振子4的温度过高而损坏。
还可在容纳腔11内部固定连接有固定块5,固定块5上固定连接有用于对反应壳体2进行进料的进料机构6,进料机构6包括进料缸61以及进料管62,进料缸61固定连接在固定块5上,进料管62两端分别与进料缸61以及进料管62固定连通设置,且进料管62内部设置有电控阀体,以实现控制进料管62的通闭,以实现将进料缸61内部的物料输送至反应壳体2内部进行反应,通过进料缸61以及进料管62能够实现不断向反应壳体2内部输送物料,保证氮化镓连续生长。
其中进料缸61可以延伸贯穿至盖体12外部,以实现通过进料缸61实现持续不断的对于反应壳体2进行加料;也可将进料缸61体积设置的足够大,以实现进料缸61内部存储的物料能够满足反应不断的进行。
由于反应的物料粘度较大,故而可在进料缸61外环侧固定连接有第一加热环63,进料管62外环测固定连接有第二加热环64,第一加热环63以及第二加热环64均为环形设置的发热电阻丝结构,以确保对于进料缸61以及进料管62进行加热,以避免进料缸61以及进料管62内部的物料温度降低,导致的物料温度进一步降低,导致物料的粘度进一步增大导致的物料难以实现进料等情况发生。
当然,可在容纳腔11内部配备有单独热电偶等的温度传感器实现测量进料缸61以及进料管62的温度,进而实现更好的控制进料缸61以及进料管62的温度。
上述的进料机构6还可包括加压气缸65以及加压板66,加压气缸65固定连接在盖体12上,加压气缸65底部输出端与加压板66固定连接,加压板66可密封滑动连接在进料缸61内部。以实现在需要是通过加压气缸65实现对于物料进行挤压,以实现粘度较大的物料能够更好的通过进料管62以实现进料。
上述的加压气缸65也可以更换成液压缸或者伸缩电机等结构。
外壳体1上设置有用于对容纳腔11冲入氮气的充气组件7,充气组件7包括进气机构以及排气机构,进气机构设置在外壳体1环侧上,且与容纳腔11侧壁底端连通设置,排气机构设置在盖体12上。
上述的进气机构包括环绕在外壳体1外环侧上的导管71,导管71通过连通管72与容纳腔11侧壁底端连通设置,导管71连通有气源,气源为氮气气源。
上述排气机构包括设置在盖体12上的排气电磁阀73。通过气源不断朝着容纳腔11内部冲入氮气,气体从排气电磁阀73中排出,并且循环一段时间之后,使得容纳腔11内部完全被氮气所填充,然后可以关闭排气电磁阀73,并且继续向容纳腔11内部冲入氮气以实现容纳腔11内部的压强达到需要的气压,或者反应在常态下可进行,也可不断朝容纳腔11内部通入氮气。
在使用时,首先将物料放置进料缸61内部,然后将盖体12进行封闭,然后通过充气组件7实现容纳腔11内部被氮气所填充之后,可以通过控制进料管62通闭打开状态,并且通过加压气缸65实现加压板66向下移动,以实现将进料缸61内部的液态物料将会进入到反应壳体2内部,然后通过加热件3以实现对于反应壳体2进行升温,并且同时通过超声波振子4工作以实现内部的物料将会在超声波振动的情况下实现快速的混合,以方便后续的反应在籽晶10上生长出高质量的氮化镓。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种超声波搅拌的氮化镓液相生长装置,包括外壳体(1),其特征在于,所述外壳体(1)内部设置有容纳腔(11),所述外壳体(1)顶端螺栓固定连接有用于将容纳腔(11)进行封堵的盖体(12),所述容纳腔(11)内部固定连接有反应壳体(2);
所述反应壳体(2)内底壁设置有加热件(3),所述反应壳体(2)上固定连接有多个超声波振子(4);
所述容纳腔(11)内部固定连接有固定块(5),所述固定块(5)上固定连接有用于对反应壳体(2)进行进料的进料机构(6);
所述外壳体(1)上设置有用于对容纳腔(11)冲入氮气的充气组件(7)。
2.根据权利要求1所述的超声波搅拌的氮化镓液相生长装置,其特征在于,所述反应壳体(2)外底壁固定连接有隔热陶瓷片(8),所述隔热陶瓷片(8)底端与超声波振子(4)固定连接。
3.根据权利要求1所述的超声波搅拌的氮化镓液相生长装置,其特征在于,所述超声波振子(4)环侧环绕有散热管(9),所述散热管(9)为金属材质,所述散热管(9)贯穿容纳腔(11)并延伸至外部连接有散热器。
4.根据权利要求1所述的超声波搅拌的氮化镓液相生长装置,其特征在于,所述进料机构(6)包括进料缸(61)以及进料管(62),所述进料缸(61)固定连接在固定块(5)上,所述进料管(62)两端分别与进料缸(61)以及进料管(62)固定连通设置。
5.根据权利要求4所述的超声波搅拌的氮化镓液相生长装置,其特征在于,所述进料机构(6)还包括加压气缸(65)以及加压板(66),所述加压气缸(65)固定连接在盖体(12)上,所述加压气缸(65)底部输出端与加压板(66)固定连接,所述加压板(66)可密封滑动连接在进料缸(61)内部。
6.根据权利要求4所述的超声波搅拌的氮化镓液相生长装置,其特征在于,所述进料缸(61)外环侧固定连接有第一加热环(63),所述进料管(62)外环测固定连接有第二加热环(64)。
7.根据权利要求1所述的超声波搅拌的氮化镓液相生长装置,其特征在于,所述充气组件(7)包括进气机构以及排气机构,所述进气机构设置在外壳体(1)环侧上,且与容纳腔(11)侧壁底端连通设置,所述排气机构设置在盖体(12)上。
8.根据权利要求7所述的超声波搅拌的氮化镓液相生长装置,其特征在于,所述进气机构包括环绕在外壳体(1)外环侧上的导管(71),所述导管(71)通过连通管(72)与容纳腔(11)侧壁底端连通设置,所述导管(71)连通有气源。
9.根据权利要求7所述的超声波搅拌的氮化镓液相生长装置,其特征在于,所述排气机构包括设置在盖体(12)上的排气电磁阀(73)。
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