CN115558985B - 籽晶更换装置、晶体生长炉及籽晶更换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种籽晶更换装置、晶体生长炉及籽晶更换方法，籽晶更换装置包括承载件、籽晶轴、控制组件及辅助件，承载件包括中空杆及与中空杆连接且连通的第一夹头，中空杆用于容置沿着其长度方向依次层叠设置的多个籽晶；籽晶轴包括籽晶杆及与籽晶杆连接的第二夹头；控制组件用于驱动承载件及籽晶轴在晶体生长炉内运动；在控制组件驱动承载件运动至辅助件时，辅助件用于将位于第一夹头的籽晶转移至辅助件；并在控制组件驱动籽晶轴运动至辅助件时，辅助件用于将位于辅助件的籽晶转移至第二夹头，或将位于第二夹头的籽晶转移至与辅助件。该籽晶更换装置能够避免备用籽晶长时间处于高温环境内而造成损伤，保证籽晶的质量。

Description

籽晶更换装置、晶体生长炉及籽晶更换方法

技术领域

本发明涉及晶体生长装置技术领域，特别是一种籽晶更换装置、晶体生长炉及籽晶更换方法。

背景技术

目前，蓝宝石越来越广泛地应用于光电产业，现有技术通过使用蓝宝石晶体生长炉来生长蓝宝石晶体，具体是让蓝宝石晶体生长炉中设置的籽晶和熔融状的氧化铝熔融液接触来生长蓝宝石晶体。

现有技术使用晶体生长炉来生产蓝宝石时，为了在籽晶因熔化过度或熔断而损坏后不打开炉盖直接在炉内更换籽晶，会在籽晶杆内沿其长度方向设置多个备用籽晶，当最底部的籽晶损坏后，取下最底部的籽晶，位于籽晶杆内的备用籽晶会在重力作用下落至籽晶杆的最底部以替换损坏的籽晶。

但是，由于在晶体生长过程中晶体生长炉处于高温状态，因此，籽晶杆长时间处于高温环境内，容易造成籽晶杆内的备用籽晶损伤，影响长晶效果。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种籽晶更换装置、晶体生长炉及籽晶更换方法，该籽晶更换装置能够避免备用籽晶长时间处于高温环境内而造成损伤，保证籽晶的质量。

本发明首先提供一种籽晶更换装置，设置于晶体生长炉内，并用于更换籽晶，包括：承载件，可活动地设置于所述晶体生长炉内，包括中空杆及与所述中空杆连接且连通的第一夹头，所述中空杆用于容置沿着其长度方向依次层叠设置的多个所述籽晶，所述第一夹头用于夹持所述籽晶；籽晶轴，可活动地设置于所述晶体生长炉内，包括籽晶杆及与所述籽晶杆连接的第二夹头，所述第二夹头用于夹持所述籽晶；控制组件，设置于所述晶体生长炉内，并用于驱动所述承载件及所述籽晶轴在所述晶体生长炉内运动；以及辅助件，设置于所述晶体生长炉内，以在所述控制组件驱动所述承载件运动至所述辅助件时，所述辅助件用于将位于所述第一夹头的所述籽晶转移至所述辅助件；并在所述控制组件驱动所述籽晶轴运动至所述辅助件时，所述辅助件用于将位于所述辅助件的所述籽晶转移至所述第二夹头，或将位于所述第二夹头的所述籽晶转移至与所述辅助件。

上述籽晶更换装置中，当需要更换籽晶时，首先将第二夹头内损坏的籽晶转移至辅助件上，然后再将第一夹头内新的备用籽晶也转移至辅助件上，再将该备用籽晶转移至第二夹头内，以实现在籽晶因熔化过度或熔断而损坏后不打开晶体生长炉的炉盖直接在炉内更换籽晶；备用籽晶设置于承载件内，而籽晶轴只在底部的第二夹头内设置一个籽晶用于伸入晶体生长炉的坩埚内进行引晶，这样，备用籽晶在承载件内就不需要靠近热场，避免备用籽晶长时间处于高温环境内而造成损伤，保证备用籽晶的质量。

在其中一个实施例中，所述辅助件包括固定设置于所述晶体生长炉的内壁的托盘。

如此设置，托盘可以用于收纳损坏的籽晶，也可以用于临时支撑新的籽晶。

在其中一个实施例中，所述托盘包括相互固定的底壁及侧壁，所述底壁及所述侧壁围设形成用于卡设所述籽晶的凹槽。

如此设置，底壁能够支撑籽晶，相对的两侧的侧壁用于夹设籽晶，以保证籽晶能够稳定支撑于凹槽内。

在其中一个实施例中，所述第一夹头包括第一筒体，所述第一筒体设有第一限位槽，所述第一限位槽包括相互连通的第一大径部及第一小径部，所述第一大径部与所述中空杆连通，所述第一大径部与所述第一小径部之间形成用于支撑所述籽晶的第一台阶部，所述第一筒体还设有与所述第一限位槽连通且贯穿所述第一筒体的侧壁的第一通道，以供所述籽晶通过所述第一通道与所述第一夹头分离；所述第二夹头包括第二筒体，所述第二筒体设有第二限位槽，所述第二限位槽包括相互连通的第二大径部及第二小径部，所述第二大径部与所述第二小径部之间形成支撑所述籽晶的第二台阶部，所述第二筒体还设有与所述第二限位槽连通且贯穿所述第二筒体的侧壁的第二通道，以供所述籽晶通过所述第二通道安装至所述第二夹头内或通过所述第二通道与所述第二夹头分离。

如此设置，可以利用第一台阶部及第二台阶部来支撑籽晶，还可以通过第一通道及第二通道将籽晶移出第一夹头及第二夹头。

在其中一个实施例中，所述第一台阶部包括与所述第一大径部连通的第一大径端和与所述第一小径部连通的第一小径端，所述第一大径端，所述第一台阶部的内径自所述第一大径端向所述第一小径端逐渐减小；所述第二台阶部包括与所述第二大径部连通的第二大径端和与所述第二小径部连通的第二小径端，所述第二大径端，所述第二台阶部的内径自所述第二大径端向所述第二小径端逐渐减小。

如此设置，第一台阶部及第二台阶部就能够将籽晶稳定地支撑，保证籽晶在不受外力的作用时不会脱离第一夹头或第二夹头。

在其中一个实施例中，所述第一通道包括相互连通的第一避让部及第二避让部，第一避让部与所述第一大径部连通且位于所述第一大径端的上方，所述第二避让部与所述第一台阶部及所述第一小径部连通；所述第二通道包括相互连通的第三避让部及第四避让部，第三避让部与所述第二大径部连通且位于所述第二大径端的上方，所述第四避让部与所述第二台阶部及所述第二小径部连通。

如此设置，在未施加外力的状态下，籽晶与第一通道及第二通道的内壁之间具有一定的干涉，籽晶无法通过第一通道及第二通道与第一夹头及第二夹头分离，保证籽晶在第一夹头及第二夹头内时的可靠性。

在其中一个实施例中，所述控制组件包括用于带动所述承载件及所述籽晶轴单独升降的升降组件，以及用于带动所述承载件及所述籽晶轴共同转动的旋转组件。

如此设置，控制组件能够通过控制承载件及籽晶轴在晶体生长炉内转动或升降来与辅助件配合更换籽晶。同时，控制组件能够单独控制籽晶轴下降至坩埚内进行引晶。

本发明还提供一种晶体生长炉，包括：炉室，包括隔热层，所述隔热层将所述炉室分隔为保温区及机构操纵区；以及上述的籽晶更换装置，所述承载件、所述控制组件及所述辅助件均位于所述机构操纵区，所述籽晶轴可活动地设置于所述保温区及所述机构操纵区。

如此设置，在隔热层的作用下，机构操纵区内的温度较低，从而能够进一步避免位于承载件内的备用籽晶处于高温环境中，保证备用籽晶的质量。

本发明还提供一种籽晶更换方法，包括步骤：

转动旋转组件，以使承载件位于辅助件上方；

下降所述承载件，直至第一夹头内的籽晶底部接触所述辅助件并被抬升至与第一通道对应；

转动所述旋转组件，将待更换的所述籽晶通过所述第一通道从第一夹头转移至所述辅助件上；

在重力作用下，位于第一籽晶杆内的所述籽晶落到所述第一夹头中；

上升或下降籽晶轴，直至第二通道与所述辅助件上的所述籽晶对应；

转动所述旋转组件，以使所述籽晶通过第二通道从所述辅助件转移至第二夹头内；

抬升所述籽晶轴，以使所述第二夹头带动所述籽晶上升。

如此设置，使用该方法将承载件内的备用籽晶通过辅助件安装至籽晶轴上，备用籽晶在承载件内就不需要靠近热场，避免备用籽晶长时间处于高温环境内而造成损伤，保证备用籽晶的质量。

在其中一个实施例中，还包括步骤：

转动所述旋转组件，以使所述籽晶轴位于所述辅助件上方；

下降所述籽晶轴，直至第二夹头内的籽晶底部接触所述辅助件并被抬升至与第二通道对应；

转动所述旋转组件，将所述籽晶通过所述第二通道从第二夹头转移至所述辅助件上。

如此设置，当第二夹头内安装有籽晶时需要先将第二夹头内的籽晶取出再将新的籽晶安装至第二夹头。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施方式的晶体生长炉的立体剖切示意图；

图2为本发明提供的图1中A处的放大结构示意图；

图3为本发明提供的图1的剖视结构示意图；

图4为本发明提供的图1中承载件的剖视结构示意图；

图5为本发明提供的图1中籽晶轴的剖视结构示意图；

图6为本发明提供的图1中第一夹头的立体结构示意图；

图7为本发明提供的图6的剖视结构示意图；

图8为本发明提供的图1中第二夹头的立体结构示意图；

图9为本发明提供的图8的剖视结构示意图；

图10为本发明提供的籽晶更换装置的更换过程示意图一；

图11为本发明提供的籽晶更换装置的更换过程示意图二；

图12为本发明提供的籽晶更换装置的更换过程示意图三；

图13为本发明提供的籽晶更换装置的更换过程示意图四；

图14为本发明提供的籽晶更换方法的流程图。

附图标记：1、承载件；11、中空杆；12、第一夹头；121、第一筒体；122、第一限位槽；1221、第一大径部；1222、第一小径部；1223、第一台阶部；1223a、第一大径端；1223b、第一小径端；1224、连接部；123、第一通道；1231、第一避让部；1232、第二避让部；2、籽晶轴；21、籽晶杆；22、第二夹头；221、第二筒体；222、第二限位槽；2221、第二大径部；2222、第二小径部；2223、第二台阶部；2223a、第二大径端；2223b、第二小径端；223、第二通道；2231、第三避让部；2232、第四避让部；3、控制组件；31、升降组件；311、第一输入轴；312、传动件；313、螺母；32、旋转组件；321、第二输入轴；322、转盘；33、动力轴；34、离合器；4、辅助件；41、托盘；411、底壁；412、侧壁；413、凹槽；5、炉室；51、隔热层；511、通孔；52、保温区；53、机构操纵区；6、籽晶；61、第三大径部；62、第三小径部；63、籽晶肩；7、坩埚。

实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本申请的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

除非另有定义，本申请的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本申请的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

现有技术使用蓝宝石晶体生长炉来生产蓝宝石时，为了在籽晶因熔化过度或熔断而损坏后不打开炉盖直接在炉内更换籽晶，会在蓝宝石晶体生长炉内设置多个籽晶，当位于籽晶杆上生长晶棒的籽晶损坏后，可以用炉内的其他籽晶来替换损坏的籽晶来生长蓝宝石晶体。

部分晶体生长炉内设置有多个籽晶杆，让每个籽晶杆携带一个籽晶。在生长晶体时，移动其中一个籽晶杆至生长晶体的位置，使该籽晶杆上携带的籽晶与氧化铝熔融液接触。当该籽晶杆上携带的籽晶损坏后，将该籽晶杆移开，再将其他籽晶杆移到生长晶体的位置，用其他籽晶杆上携带的籽晶生长晶体。然而，这会导致晶体生长炉的用于携带籽晶的结构复杂，而且，携带的籽晶越多，相应设置的籽晶杆就越多，晶体生长炉的用于携带籽晶的结构就越复杂。

也有部分晶体生长炉会在一个籽晶杆内沿其长度方向设置多个备用籽晶，当最底部的籽晶损坏后，取下最底部的籽晶，位于籽晶杆内的备用籽晶会在重力作用下落至籽晶杆的最底部以替换损坏的籽晶。但是，由于在晶体生长过程中晶体生长炉处于高温状态，因此，籽晶杆长时间处于高温环境内，容易造成籽晶杆内的备用籽晶损伤，影响长晶效果。

为了解决上述问题，如图1至图13所示，本发明首先提供一种籽晶更换装置，籽晶更换装置设置于晶体生长炉内，并用于更换籽晶6。该籽晶更换装置能够通过一个结构较为简单的承载件来实现在晶体生长炉的炉室内放置多个籽晶6，并且还能够避免备用籽晶长时间处于高温环境内而造成损伤，保证籽晶6的质量。

如图1及图4所示，具体地，籽晶更换装置包括承载件1、籽晶轴2、控制组件3及辅助件4，其中：承载件1可活动地设置于晶体生长炉内，包括中空杆11及与中空杆11连接且连通的第一夹头12，中空杆11用于容置沿着其长度方向依次层叠设置的多个籽晶6，第一夹头12用于夹持籽晶6；籽晶轴2可活动地设置于晶体生长炉内，包括籽晶杆21及与籽晶杆21连接的第二夹头22，第二夹头22用于夹持籽晶6；控制组件3设置于晶体生长炉内，并用于驱动承载件1及籽晶轴2在晶体生长炉内运动；辅助件4设置于晶体生长炉内，以在控制组件3驱动承载件1运动至辅助件4时，辅助件4用于将位于第一夹头12的籽晶6转移至辅助件4；并在控制组件3驱动籽晶轴2运动至辅助件4时，辅助件4用于将位于辅助件4的籽晶6转移至第二夹头22，或将位于第二夹头22的籽晶6转移至与辅助件4。

如前所述，现有的设置多个备用籽晶的晶体生长炉中，部分是通过设置多个籽晶杆，并让每个籽晶杆携带一个籽晶，但是会导致晶体生长炉内的结构复杂，而且，携带的籽晶越多，相应设置的籽晶杆就越多，晶体生长炉的用于携带籽晶的结构就越复杂。而本发明实施例提供的籽晶更换装置中，由于多个备用籽晶均设置于一个承载件1内，并且是沿承载件1的长度方向依次层叠设置的，即沿竖直方向依次层叠设置，因此，在承载件1所能携带的籽晶6的数量范围内，籽晶6数量的增加不会导致承载件1的结构更复杂，也不会增加承载件1在水平方向上的尺寸，以在不增加籽晶更换装置的结构的复杂程度的同时，实现在晶体生长炉内放置多个备用籽晶。

并且，相比于现有技术中直接在籽晶杆内设置多个备用籽晶的结构来说，本发明实施例提供的籽晶更换装置是将备用籽晶设置于承载件1内，而籽晶轴2只在底部的第二夹头22内设置一个籽晶6用于伸入晶体生长炉的坩埚7内进行引晶，这样，备用籽晶在承载件1内就不需要靠近坩埚7或热场，避免备用籽晶长时间处于高温环境内而造成损伤，保证备用籽晶的质量。

当需要更换籽晶6时，首先通过控制组件3控制籽晶轴2在晶体生长炉内活动至辅助件4的位置，使得第二夹头22内损坏的籽晶6转移至辅助件4上，然后通过控制组件3控制承载件1在晶体生长炉内活动至辅助件4的位置，使得第一夹头12内新的备用籽晶转移至辅助件4上，再次通过控制组件3控制籽晶轴2在晶体生长炉内活动至辅助件4的位置，使得辅助件4上备用籽晶转移至第二夹头22内，更换完成。这样，就能够实现在籽晶6因熔化过度或熔断而损坏后不打开晶体生长炉的炉盖直接在炉内更换籽晶6。

如图4至图5所示，籽晶杆21为实心杆，实心杆的结构简单，生产及加工方便，从而能够节约成本。籽晶杆21的外径小于中空杆11的外径，在节省材料成本的同时，便于用户识别籽晶杆21与承载件1。

如图4所示，在图示的实施方式中，籽晶6包括依次连接的第三大径部61、籽晶肩63及第三小径部62。当然，籽晶6也可以是其他结构，例如只包括第三大径部61及第三小径部62，在此不做具体限制。

如图3所示，在图示的实施方式中，控制组件3包括用于带动承载件1及籽晶轴2单独升降的升降组件31，以及用于带动承载件1及籽晶轴2共同转动的旋转组件32。控制组件3能够通过控制承载件1及籽晶轴2在晶体生长炉内转动或升降来与辅助件4配合更换籽晶6。同时，控制组件3能够单独控制籽晶轴2下降至坩埚7内进行引晶。

具体地，控制组件3还包括动力轴33和离合器34，升降组件31包括两个第一输入轴311、两个传动件312及两个螺母313，旋转组件32包括第二输入轴321和转盘322，两个传动件312分别连接于两个第一输入轴311，转盘322固定连接于第二输入轴321，两个螺母313均可转动连接于转盘322，中空杆11及籽晶杆21的外周面均设置有外螺纹，两个螺母313分别套设于中空杆11及籽晶杆21的外周，并分别与中空杆11及籽晶杆21通过螺纹配合，传动件312远离动力轴33的一侧带动螺母313转动，离合器34用于控制动力轴33在连接两个第一输入轴311和第二输入轴321中的一者的同时与另外两者断开连接。其中，传动件312可以是皮带轮及同步带，也可以是两个相互啮合的齿轮等其他传动结构，在此不做具体限制。

当需要升降组件31带动承载件1或籽晶轴2升降时，离合器34将对应的第一输入轴311与动力轴33连接，且将另一个第一输入轴311及第二输入轴321与动力轴33之间的连接断开，动力轴33驱动第一输入轴311转动，第一输入轴311通过传动件312带动螺母313转动，螺母313通过螺纹传动带动承载件1或籽晶轴2升降；当需要旋转组件32带动承载件1和籽晶轴2转动时，离合器34将第二输入轴321与动力轴33连接，且将两个第一输入轴311均与动力轴33之间的连接断开，动力轴33带动第二输入轴321转动，第二输入轴321带动转盘322转动，承载件1和籽晶轴2跟随转盘322绕第二输入轴321旋转。

在其他实施方式中，控制组件3也可以包括用于带动承载件1及籽晶轴2单独升降的升降组件31，以及用于带动承载件1及籽晶轴2单独转动的旋转组件32。

如图2所示，在图示的实施方式中，辅助件4包括固定设置于晶体生长炉的内壁的托盘41。托盘41可以用于收纳损坏的籽晶6，也可以用于临时支撑新的籽晶6。托盘41包括相互固定的底壁411及侧壁412，底壁411及侧壁412围设形成用于卡设籽晶6的凹槽413。底壁411能够支撑籽晶6，相对的两侧的侧壁412之间的间距等于或略大于籽晶6的第三小径部62的外径，以保证籽晶6能够稳定支撑于凹槽413内而不会发生倾倒。当然，在其他的实施方式中，辅助件4也可以设置为机械手等其他结构。

如图6至图7所示，第一夹头12包括第一筒体121，第一筒体121设有第一限位槽122，在第一夹头12夹持籽晶6的状态下，至少部分籽晶6容置于第一限位槽122内。第一限位槽122包括相互连通的连接部1224、第一大径部1221及第一小径部1222，第一大径部1221通过连接部1224与中空杆11连通，中空杆11最底部的籽晶6能够通过连接部1224落入第一夹头12内。第一大径部1221与第一小径部1222之间形成用于支撑籽晶6的第一台阶部1223，在第一夹头12夹持籽晶6的状态下，第一台阶部1223支撑籽晶肩63，第三大径部61容置于第一大径部1221内，至少部分第三小径部62容置于第一小径部1222内。第一大径部1221沿竖直方向的尺寸大于第三大径部61及籽晶肩63沿竖直方向的尺寸，以使得籽晶6能够在外力作用下在第一限位槽122内升降。第一小径部1222沿竖直方向的尺寸小于第三小径部62沿竖直方向的尺寸，以使得籽晶6的底端能够伸出第一夹头12，保证籽晶6底部能够与托盘41的底壁411接触。

如图7所示，第一台阶部1223包括与第一大径部1221连通的第一大径端1223a和与第一小径部1222连通的第一小径端1223b，第一台阶部1223的内径自第一大径端1223a向第一小径端1223b逐渐减小。这样，第一台阶部1223就能够将籽晶6稳定地支撑，保证籽晶6在不受外力的作用时不会脱离第一夹头12。

如图6所示，第一筒体121还设有与第一限位槽122连通且贯穿第一筒体121的侧壁412的第一通道123，以供籽晶6通过第一通道123与第一夹头12分离。第一通道123包括相互连通的第一避让部1231及第二避让部1232，第一避让部1231与第一大径部1221连通且位于第一大径端1223a的上方，第二避让部1232与第一台阶部1223及第一小径部1222连通。其中，第一避让部1231沿水平方向的尺寸需要大于第三大径部61的外径，第二避让部1232沿水平方向的尺寸需要大于第三小径部62的外径。这样，在未施加外力的状态下，籽晶6的籽晶肩63及部分第三大径部61位于第一避让部1231的下侧且具有一定的干涉，籽晶6无法通过第一通道123与第一夹头12分离，保证籽晶6在第一夹头12内时的可靠性，避免籽晶6意外脱出第一夹头12。

如图10所示，当需要将新的籽晶6移出第一夹头12至托盘41时，先通过旋转组件32驱动承载件1绕动力轴33转动至托盘41的上侧，再通过升降组件31将承载件1下降，使得籽晶6的底端与托盘41的底壁411相抵，籽晶6在第一限位槽122内上升，使籽晶6的第三大径部61与第一避让部1231对齐，第三小径部62与第二避让部1232对齐，然后通过旋转组件32驱动承载件1绕动力轴33转动离开托盘41，此时，籽晶6的第三小径部62夹设于两侧的侧壁412之间，并且籽晶6的第三小径部62能够与托盘41的侧壁412相抵而不随承载件1转动离开，籽晶6就能够通过第一避让部1231和第二避让部1232移出第一夹头12，在这个过程中，第三大径部61和籽晶肩63通过第一避让部1231移出第一夹头12，第三小径部62通过第二避让部1232移出第一夹头12。

如图11所示，当第一夹头12内的籽晶6转移至托盘41上后，中空杆11内的备用籽晶会在重力作用下下降，且中空杆11内最下侧的备用籽晶落至第一夹头12内。

如图8至图9所示，第二夹头22包括第二筒体221，第二筒体221设有第二限位槽222，在第二夹头22夹持籽晶6的状态下，至少部分籽晶6容置于第二限位槽222内。第二限位槽222包括相互连通的第二大径部2221及第二小径部2222，第二大径部2221与第二小径部2222之间形成支撑籽晶6的第二台阶部2223，在第二夹头22夹持籽晶6的状态下，第二台阶部2223支撑籽晶肩63，第三大径部61容置于第二大径部2221内，至少部分第三小径部62容置于第二小径部2222内。第二大径部2221沿竖直方向的尺寸大于第三大径部61及籽晶肩63沿竖直方向的尺寸，以使得籽晶6能够在外力作用下在第二限位槽222内升降。第二小径部2222沿竖直方向的尺寸小于第三小径部62沿竖直方向的尺寸，以使得籽晶6的底端能够伸出第一夹头12，保证籽晶6底部能够与托盘41的底壁411接触，同时还能够便于引晶。

如图9所示，第二台阶部2223包括与第二大径部2221连通的第二大径端2223a和与第二小径部2222连通的第二小径端2223b，第二台阶部2223的内径自第二大径端2223a向第二小径端2223b逐渐减小。这样，第二台阶部2223就能够将籽晶6稳定地支撑，保证籽晶6在不受外力的作用时不会脱离第二夹头22。

如图8所示，第二筒体221还设有与第二限位槽222连通且贯穿第二筒体221的侧壁412的第二通道223，以供籽晶6通过第二通道223安装至第二夹头22内或通过第二通道223与第二夹头22分离。第二通道223包括相互连通的第三避让部2231及第四避让部2232，第三避让部2231与第二大径部2221连通且位于第二大径端2223a的上方，第四避让部2232与第二台阶部2223及第二小径部2222连通。其中，第三避让部2231沿水平方向的尺寸需要大于第三大径部61的外径，第四避让部2232沿水平方向的尺寸需要大于第三小径部62的外径。这样，在未施加外力的状态下，籽晶6的籽晶肩63及部分第三大径部61位于第一避让部1231的下侧且具有一定的干涉，籽晶6无法通过第二通道223与第二夹头22分离，保证籽晶6在第二夹头22内时的可靠性，避免籽晶6意外脱出第二夹头22。

如图12至图13所示，当需要将托盘41上的新的籽晶6转移至第二夹头22时，先通过旋转组件32驱动籽晶轴2绕动力轴33转动至托盘41的一侧，然后通过升降组件31将籽晶轴2上升或下降，使得第三避让部2231与第三大径部61及籽晶肩63对齐，第四避让部2232与第三小径部62对齐，再通过旋转组件32驱动籽晶轴2绕动力轴33转动使得籽晶6通过第二通道223进入第二限位槽222内，最后通过升降组件31将籽晶轴2上升，第二夹头22能够带动籽晶6上升离开托盘41。

当第二夹头22内有损坏的籽晶6时，则需要在将第一夹头12内的新的籽晶6转移至托盘41之前，先将第二夹头22内的损坏的籽晶6移出第二夹头22至托盘41。首先通过旋转组件32驱动籽晶轴2绕动力轴33转动至托盘41的上侧，再通过升降组件31将籽晶轴2下降，使得籽晶6的底端与托盘41的底壁411相抵，籽晶6在第二限位槽222内上升，使籽晶6的第三大径部61与第三避让部2231对齐，第三小径部62与第四避让部2232对齐，然后通过旋转组件32驱动籽晶轴2绕动力轴33转动离开托盘41，此时，籽晶6的第三小径部62夹设于两侧的侧壁412之间，并且籽晶6的第三小径部62能够与托盘41的侧壁412相抵而不随籽晶轴2转动离开，籽晶6就能够通过第三避让部2231和第四避让部2232移出第二夹头22，在这个过程中，第三大径部61和籽晶肩63通过第三避让部2231移出第二夹头22，第三小径部62通过第四避让部2232移出第二夹头22。

托盘41设置为自炉室5的内壁向炉室5的中心延伸的条形结构，即凹槽413为条形凹槽，当籽晶轴2或承载件1需要将籽晶6转移至托盘41上，而托盘41上已经卡设有籽晶6时，旋转组件32带动籽晶轴2及承载件1转动的过程中，第一夹头12及第二夹头22就能够将托盘41上的籽晶6朝向靠近炉室5的内壁的一侧推动，使得籽晶轴2或承载件1能够将籽晶转移至托盘41远离炉室5的内壁的一端。

如图1及图3所示，本发明还提供一种晶体生长炉，包括炉室5、坩埚7及上述的籽晶更换装置，炉室5包括隔热层51，隔热层51将炉室5分隔为保温区52及机构操纵区53；承载件1、控制组件3及辅助件4均位于机构操纵区53，籽晶轴2可活动地设置于保温区52及机构操纵区53。其中，晶体生长炉可以是蓝宝石晶体生长炉或单晶炉等。在生长晶体时，会向晶体生长炉的炉室5充入惰性气体，让炉室5处于惰性气体环境中，坩埚7设置于炉室5的保温区52内，坩埚7中盛有熔融液，该熔融液是用于生长晶体的熔融状液体。让籽晶6与熔融液接触，当籽晶6和熔融液的固液界面的温度低于熔融液的凝固点时，在籽晶6和熔融液的固液界面上开始生长晶体。在隔热层51的作用下，机构操纵区53内的温度较低，从而能够进一步避免位于承载件1内的备用籽晶处于高温环境中，保证备用籽晶的质量。

具体地，隔热层51可以是由碳毡件围设形成的筒状结构，筒状结构的内部为保温区52，外部为机构操纵区53。为了便于籽晶轴2底部的籽晶6进入保温区52生长晶体，隔热层51的顶壁开设有通孔511。当需要将籽晶轴2底部的籽晶6送入保温区52中时，旋转组件32先将籽晶轴2旋转至通孔511的正上方，升降组件31将籽晶轴2向下移动从而使籽晶轴2底部的籽晶6通过通孔511进入保温区52与坩埚7中的熔融液接触。

如图14所示，本发明还提供一种籽晶更换方法，该方法可以用于上述的籽晶更换装置，包括步骤：

S1.转动旋转组件32，以使籽晶轴2位于辅助件4上方；

S2.下降籽晶轴2，直至第二夹头22内的籽晶6底部接触辅助件4并被抬升至与第二通道223对应；

S3.转动旋转组件32，将籽晶6通过第二通道223从第二夹头22转移至辅助件4上；

S4.转动旋转组件32，以使承载件1位于辅助件4上方；

S5.下降承载件1，直至第一夹头12内的籽晶6底部接触辅助件4并被抬升至与第一通道123对应；

S6.转动旋转组件32，将待更换的籽晶6通过第一通道123从第一夹头12转移至辅助件4上；

S7.在重力作用下，位于第一籽晶杆21内的籽晶6落到第一夹头12中；

S8.上升或下降籽晶轴2，直至第二通道223与辅助件4上的籽晶6对应；

S9.转动旋转组件32，以使籽晶6通过第二通道223从辅助件4转移至第二夹头22内；

S10.抬升籽晶轴2，以使第二夹头22带动籽晶6上升。

在晶体生长的过程中，籽晶轴2底部的籽晶6有可能会因熔化过度或熔断而损坏，籽晶6损坏后不能继续生长晶体，出现这种情况后，需要用完好的备用籽晶来替换损坏的籽晶6。为了不破坏炉室5的惰性气体环境，防止空气中的氧气等杂质进入炉室5污染熔融液，需要在不打开炉盖的情况下在炉室5内完成籽晶6的更换。本发明提供的籽晶更换方法是在籽晶轴2底部的籽晶6损坏后，用承载件1内的备用籽晶替换损坏的籽晶6的方法。使用该方法将承载件1内的备用籽晶通过辅助件4安装至籽晶轴2上，备用籽晶在承载件1内就不需要靠近热场，避免备用籽晶长时间处于高温环境内而造成损伤，保证备用籽晶的质量。

可以理解，当第二夹头22内安装有籽晶6时，需要先将第二夹头22内损坏的籽晶6取出再将新的籽晶6安装至第二夹头22。而当第二夹头22内未设置籽晶6时，可以省略步骤S1至S3，直接执行步骤S4，以将承载件1内的备用籽晶通过辅助件4安装至籽晶轴2。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种籽晶更换装置，设置于晶体生长炉内，并用于更换籽晶（6），其特征在于，包括：

承载件（1），可活动地设置于所述晶体生长炉内，包括中空杆（11）及与所述中空杆（11）连接且连通的第一夹头（12），所述中空杆（11）用于容置沿着其长度方向依次层叠设置的多个所述籽晶（6），所述第一夹头（12）用于夹持所述籽晶（6）；

籽晶轴（2），可活动地设置于所述晶体生长炉内，包括籽晶杆（21）及与所述籽晶杆（21）连接的第二夹头（22），所述第二夹头（22）用于夹持所述籽晶（6）；

控制组件（3），设置于所述晶体生长炉内，并用于驱动所述承载件（1）及所述籽晶轴（2）在所述晶体生长炉内运动；以及

辅助件（4），设置于所述晶体生长炉内，以在所述控制组件（3）驱动所述承载件（1）运动至所述辅助件（4）时，所述辅助件（4）用于将位于所述第一夹头（12）的所述籽晶（6）转移至所述辅助件（4）；并在所述控制组件（3）驱动所述籽晶轴（2）运动至所述辅助件（4）时，所述辅助件（4）用于将位于所述辅助件（4）的所述籽晶（6）转移至所述第二夹头（22），或将位于所述第二夹头（22）的所述籽晶（6）转移至与所述辅助件（4）；

所述第一夹头（12）包括第一筒体（121），所述第一筒体（121）设有第一限位槽（122），所述第一限位槽（122）包括相互连通的第一大径部（1221）及第一小径部（1222），所述第一大径部（1221）与所述中空杆（11）连通，所述第一大径部（1221）与所述第一小径部（1222）之间形成用于支撑所述籽晶（6）的第一台阶部（1223），所述第一筒体（121）还设有与所述第一限位槽（122）连通且贯穿所述第一筒体（121）的侧壁（412）的第一通道（123），以供所述籽晶（6）通过所述第一通道（123）与所述第一夹头（12）分离；

所述第二夹头（22）包括第二筒体（221），所述第二筒体（221）设有第二限位槽（222），所述第二限位槽（222）包括相互连通的第二大径部（2221）及第二小径部（2222），所述第二大径部（2221）与所述第二小径部（2222）之间形成支撑所述籽晶（6）的第二台阶部（2223），所述第二筒体（221）还设有与所述第二限位槽（222）连通且贯穿所述第二筒体（221）的侧壁（412）的第二通道（223），以供所述籽晶（6）通过所述第二通道（223）安装至所述第二夹头（22）内或通过所述第二通道（223）与所述第二夹头（22）分离。

2.根据权利要求1所述的籽晶更换装置，其特征在于，所述辅助件（4）包括固定设置于所述晶体生长炉的内壁的托盘（41）。

3.根据权利要求2所述的籽晶更换装置，其特征在于，所述托盘（41）包括相互固定的底壁（411）及侧壁（412），所述底壁（411）及所述侧壁（412）围设形成用于卡设所述籽晶（6）的凹槽（413）。

4.根据权利要求1所述的籽晶更换装置，其特征在于，所述第一台阶部（1223）包括与所述第一大径部（1221）连通的第一大径端（1223a）和与所述第一小径部（1222）连通的第一小径端（1223b），所述第一大径端（1223a），所述第一台阶部（1223）的内径自所述第一大径端（1223a）向所述第一小径端（1223b）逐渐减小；

所述第二台阶部（2223）包括与所述第二大径部（2221）连通的第二大径端（2223a）和与所述第二小径部（2222）连通的第二小径端（2223b），所述第二大径端（2223a），所述第二台阶部（2223）的内径自所述第二大径端（2223a）向所述第二小径端（2223b）逐渐减小。

5.根据权利要求4所述的籽晶更换装置，其特征在于，所述第一通道（123）包括相互连通的第一避让部（1231）及第二避让部（1232），第一避让部（1231）与所述第一大径部（1221）连通且位于所述第一大径端（1223a）的上方，所述第二避让部（1232）与所述第一台阶部（1223）及所述第一小径部（1222）连通；

所述第二通道（223）包括相互连通的第三避让部（2231）及第四避让部（2232），第三避让部（2231）与所述第二大径部（2221）连通且位于所述第二大径端（2223a）的上方，所述第四避让部（2232）与所述第二台阶部（2223）及所述第二小径部（2222）连通。

6.根据权利要求1所述的籽晶更换装置，其特征在于，所述控制组件（3）包括用于带动所述承载件（1）及所述籽晶轴（2）单独升降的升降组件（31），以及用于带动所述承载件（1）及所述籽晶轴（2）共同转动的旋转组件（32）。

7.一种晶体生长炉，其特征在于，包括：

炉室（5），包括隔热层（51），所述隔热层（51）将所述炉室（5）分隔为保温区（52）及机构操纵区（53）；以及

如权利要求1至权利要求6任一项所述的籽晶更换装置，所述承载件（1）、所述控制组件（3）及所述辅助件（4）均位于所述机构操纵区（53），所述籽晶轴（2）可活动地设置于所述保温区（52）及所述机构操纵区（53）。

8.一种籽晶更换方法，其特征在于，用于如权利要求7所述的晶体生长炉，包括步骤：

转动旋转组件（32），以使承载件（1）位于辅助件（4）上方；

下降所述承载件（1），直至第一夹头（12）内的籽晶（6）底部接触所述辅助件（4）并被抬升至与第一通道（123）对应；

转动所述旋转组件（32），将待更换的所述籽晶（6）通过所述第一通道（123）从第一夹头（12）转移至所述辅助件（4）上；

在重力作用下，位于第一籽晶杆（21）内的所述籽晶（6）落到所述第一夹头（12）中；

上升或下降籽晶轴（2），直至第二通道（223）与所述辅助件（4）上的所述籽晶（6）对应；

转动所述旋转组件（32），以使所述籽晶（6）通过第二通道（223）从所述辅助件（4）转移至第二夹头（22）内；

抬升所述籽晶轴（2），以使所述第二夹头（22）带动所述籽晶（6）上升。

9.根据权利要求8所述的籽晶更换方法，其特征在于，还包括步骤：

转动所述旋转组件（32），以使所述籽晶轴（2）位于所述辅助件（4）上方；

下降所述籽晶轴（2），直至第二夹头（22）内的籽晶（6）底部接触所述辅助件（4）并被抬升至与第二通道（223）对应；

转动所述旋转组件（32），将所述籽晶（6）通过所述第二通道（223）从第二夹头（22）转移至所述辅助件（4）上。

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