CN116446038A - 带径向温度测量的长晶炉 - Google Patents

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CN116446038A CN202310280019.5A CN202310280019A CN116446038A CN 116446038 A CN116446038 A CN 116446038A CN 202310280019 A CN202310280019 A CN 202310280019A CN 116446038 A CN116446038 A CN 116446038A
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苏兆鸣
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Abstract

本发明的实施例提供了一种带径向温度测量的长晶炉，涉及长晶炉技术领域。带径向温度测量的外腔体顶部设置有第一视窗；内腔体设置在外腔体的内部，内腔体的顶部设置有第二视窗；坩埚设置在内腔体的内部；顶部加热器安装在内腔体的内部、且位于坩埚的上方，顶部加热器上具有镂空区域；径向驱动机构设置在外腔体的外部，红外测温仪安装在径向驱动机构上，径向驱动机构用于驱动红外测温仪沿坩埚的径向移动；其中，红外测温仪发出的红外线依次穿过第一视窗、第二视窗和镂空区域，照射到坩埚的顶面。带径向温度测量的长晶炉能够测得坩埚顶面全面积的温度分布情况，以便于精准控制顶部加热器对坩埚的加热效率。

Description

带径向温度测量的长晶炉
技术领域
本发明涉及长晶炉技术领域，具体而言，涉及一种带径向温度测量的长晶炉。
背景技术
经发明人研究发现，传统的长晶炉仅利用红外测温仪测量坩埚顶部中心位置的温度，并根据该温度控制加热器对坩埚的加热效率。但是，坩埚顶部中心位置的温度并不能反映坩埚其它位置的温度，特别是坩埚顶面的所有位置的温度。在实际情况下中，坩埚顶面各个位置的温度很有可能是不均衡的，单根据顶面中心位置的温度控制加热器的加热效率，很有可能导致对坩埚的加热效果并不理想，对提高坩埚内长晶速率、减少籽晶的内应力起到的效果有限。
发明内容
本发明的目的包括提供了一种带径向温度测量的长晶炉，其能够测得坩埚顶面全面积的温度分布情况，以便于精准控制顶部加热器对坩埚的加热效率。
本发明的实施例可以这样实现：
本发明提供一种带径向温度测量的长晶炉，带径向温度测量的长晶炉包括：
外腔体，顶部设置有第一视窗；
内腔体，设置在外腔体的内部，内腔体的顶部设置有第二视窗；
坩埚，设置在内腔体的内部；
顶部加热器，安装在内腔体的内部、且位于坩埚的上方，顶部加热器上具有镂空区域；
径向驱动机构，设置在外腔体的外部，红外测温仪安装在径向驱动机构上，径向驱动机构用于驱动红外测温仪沿坩埚的径向移动；
其中，红外测温仪发出的红外线依次穿过第一视窗、第二视窗和镂空区域，照射到坩埚的顶面。
本发明实施例提供的带径向温度测量的长晶炉的有益效果包括：
通过径向驱动机构带动红外测温仪沿径向移动，再结合坩埚自转运动，即可利用红外测温仪测得坩埚顶面全面积的温度分布情况，以便于精准控制侧部加热器的加热效率以及坩埚与顶部加热器的相对位置，使坩埚的顶面温度处于较为理想的状态，提高坩埚内长晶速率、减少籽晶的内应力。
在可选的实施方式中，径向驱动机构驱动红外测温仪移动的范围位于坩埚的中心到边缘之间。
这样，径向驱动机构只需要驱动红外测温仪移动坩埚半径的长度，就可以测得坩埚顶面全面积的温度分布情况。
在可选的实施方式中，径向驱动机构包括：
电机；
螺杆，连接在所述电机的输出轴上，所述螺杆沿所述坩埚的径向布置；
导向杆，与所述螺杆平行间隔设置；
滑块，与所述螺杆螺纹连接、且套设在所述导向杆上，所述红外测温仪安装在所述滑块上，所述电机驱动所述螺杆转动，可带动所述滑块和所述红外测温仪沿所述螺杆移动。
这样，径向驱动机构的结构形式简单，对红外测温仪沿坩埚的径向移动的位置控制精准。
在可选的实施方式中，径向驱动机构为气缸，气缸的伸缩杆沿坩埚的径向布置，红外测温仪安装在气缸的伸缩杆上。
这样，径向驱动机构的结构形式简单，设备成本较低。
在可选的实施方式中，第一视窗、第二视窗和镂空区域均为沿坩埚的径向延伸的条形状。
这样，第一视窗、第二视窗和镂空区域占用的面积较小，对内腔体渗透气体的均匀性影响较小，对顶部加热器向坩埚顶面加热的均匀性影响较小。
在可选的实施方式中，顶部加热器包括依次连接的第一电极连接端、加热丝和第二电极连接端，其中，加热丝盘旋成圆盘状、且形成从中心到边缘延伸的镂空区域。
在可选的实施方式中，加热丝包括：
多个弧形段，间隔设置；
连接段，连接在相邻两个弧形段之间。
这样，加热丝的延伸形式比较灵活，只要保留有镂空区域即可，可以根据坩埚顶面的温度分布情况针对性地设计加热丝的形状和尺寸，获得对坩埚顶面最佳的加热效果。
在可选的实施方式中，从边缘到中心位置，弧形段的宽度逐渐减小。
这样，盘旋成圆盘状的加热丝对坩埚顶面的加热效率比较均匀，即顶部加热器的中心区域和边缘区域对坩埚顶面的加热效率基本均衡。
在可选的实施方式中，带径向温度测量的长晶炉配套有多个顶部加热器，不同顶部加热器的加热丝的形状不同，带径向温度测量的长晶炉根据坩埚顶面的径向温度梯度情况采用对应的一个顶部加热器。
这样，在利用红外测温仪测得精准的坩埚顶面的温度分布情况后，可以选用对应的顶部加热器装入带径向温度测量的长晶炉中，以便实现对坩埚最佳的加热效果。
在可选的实施方式中，带径向温度测量的长晶炉还包括：
坩埚托，位于内腔体的内部、且支撑在坩埚的底部；
转轴，从外腔体的外部插入内腔体的内部、且连接在坩埚托的底部。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1为本发明实施例提供的带径向温度测量的长晶炉的结构示意图；
图2为外腔体的俯视结构示意图；
图3为图1中顶部加热器的结构示意图。
图标：100-带径向温度测量的长晶炉；1-外腔体；101-第一视窗；2-内腔体；201-第二视窗；3-坩埚；4-顶部加热器；41-镂空区域；42-第一电极连接端；43-加热丝；431-弧形段；432-连接段；44-第二电极连接端；5-径向驱动机构；51-电机；52-螺杆；53-滑块；6-红外测温仪；7-坩埚托；8-转轴；9-保温毯；10-侧部加热器；11-电极棒；200-籽晶；300-碳化硅粉末。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
请参考图1，本实施例提供了一种带径向温度测量的长晶炉100，带径向温度测量的长晶炉100包括外腔体1、内腔体2、坩埚3、顶部加热器4、径向驱动机构5、红外测温仪6、坩埚托7、转轴8、保温毯9、侧部加热器10和电极棒11。
请参阅图1和图2，外腔体1顶部设置有第一视窗101，第一视窗101可以采用石英玻璃形成，第一视窗101为外腔体1的径向延伸的条形状、且从外腔体1顶部的中心向边缘延伸。第一视窗101的长度大于或等于坩埚3的半径。
内腔体2设置在外腔体1的内部，内腔体2的顶部设置有第二视窗201，第二视窗201位于第一视窗101的正下方，第二视窗201的尺寸和形状可以与第一视窗101相同。这样，第二视窗201占用的面积较小，对内腔体2渗透气体的均匀性影响较小。
保温毯9设置在内腔体2的内壁上，侧部加热器10设置在保温毯9的内壁上，坩埚3设置在侧部加热器10的内部，坩埚3内的底部承载有碳化硅粉末300，坩埚3的内的顶部用于生长籽晶200。其中，侧壁加热器用于对坩埚3的侧壁加热，保温毯9用于减少侧部加热器10的热量散失。
坩埚托7位于内腔体2的内部、且支撑在坩埚3的底部，转轴8从外腔体1的外部插入内腔体2的内部、且连接在坩埚托7的底部，转轴8由电机(图中未画出)驱动，转轴8带动坩埚3和坩埚托7转动。
顶部加热器4安装在内腔体2的内部、且位于坩埚3的上方，电极棒11从内腔体2的外部插入内腔体2的内部、且连接到顶部加热器4上。顶部加热器4用于对坩埚3的顶面加热。
顶部加热器4上具有镂空区域41(请参阅图3)，镂空区域41为沿坩埚3的径向延伸的条形状。这样，镂空区域41占用的面积较小，对顶部加热器4向坩埚3顶面加热的均匀性影响较小。其中，红外测温仪6发出的红外线依次穿过第一视窗101、第二视窗201和镂空区域41，照射到坩埚3的顶面。
径向驱动机构5设置在外腔体1的外部，红外测温仪6安装在径向驱动机构5上，径向驱动机构5用于驱动红外测温仪6沿坩埚3的径向移动。径向驱动机构5驱动红外测温仪6移动的范围位于坩埚3的中心到边缘之间。这样，径向驱动机构5只需要驱动红外测温仪6移动坩埚3半径的长度，就可以测得坩埚3顶面全面积的温度分布情况。
径向驱动机构5可以选用气缸、螺杆组件等，本实施例中，径向驱动机构5包括电机51、螺杆52、导向杆(图中未画出)和滑块53，螺杆52连接在电机51的输出轴上，所述螺杆52沿所述坩埚3的径向布置；导向杆与所述螺杆52平行间隔设置；滑块53与螺杆52螺纹连接、且套设在所述导向杆上，红外测温仪6安装在滑块53上，电机51驱动螺杆52转动，可带动滑块53和红外测温仪6沿螺杆52移动。这样，径向驱动机构5的结构形式简单，对红外测温仪6沿坩埚3的径向移动的位置控制精准。
径向驱动机构5也可以选用气缸，气缸的伸缩杆沿坩埚3的径向布置，红外测温仪6安装在气缸的伸缩杆上。这样，径向驱动机构5的结构形式简单，设备成本较低。
请参阅图3，顶部加热器4包括依次连接的第一电极连接端42、加热丝43和第二电极连接端44，其中，加热丝43盘旋成圆盘状、且形成从中心到边缘延伸的镂空区域41。第一电极连接端42和第二电极连接端44分别连接到两个电极棒11上。
具体的，加热丝43包括弧形段431和连接段432，其中，多个弧形段431间隔设置，而且从边缘到中心位置，弧形段431的宽度逐渐减小，这样，盘旋成圆盘状的加热丝43对坩埚3顶面的加热效率比较均匀，即顶部加热器4的中心区域和边缘区域对坩埚3顶面的加热效率基本均衡。
连接段432连接在相邻两个弧形段431之间。这样，加热丝43的延伸形式比较灵活，只要保留有镂空区域41即可，可以根据坩埚3顶面的温度分布情况针对性地设计加热丝43的形状和尺寸，获得对坩埚3顶面最佳的加热效果。
带径向温度测量的长晶炉100配套有多个顶部加热器4，不同顶部加热器4的加热丝43的形状不同，带径向温度测量的长晶炉100根据坩埚3顶面的径向温度梯度情况采用对应的一个顶部加热器4。这样，在利用红外测温仪6测得精准的坩埚3顶面的温度分布情况后，可以选用对应的顶部加热器4装入带径向温度测量的长晶炉100中，以便实现对坩埚3最佳的加热效果。
例如，红外测温仪6测得坩埚3顶面的边缘区域的温度明显偏低，则可以选用边缘区域加热丝43盘旋较密的顶部加热器4；如果坩埚3顶面的中心区域的温度偏高，就可以选用中心区域没有加热丝43或加热丝43稀疏的顶部加热器4。
因为顶部加热器4的加热丝43可以按照所需要的形状灵活设计，需要加热效率高的位置，加热丝43设计得密集一些即可，需要加热效率低的位置，加热丝43设计的稀疏一些即可，只要保留有镂空区域41即可，所以，本实施例中不对顶部加热器4的具体形状做限制。
本发明实施例提供的带径向温度测量的长晶炉100的有益效果包括：
1.通过径向驱动机构5带动红外测温仪6沿径向移动，再结合坩埚3自转运动，即可利用红外测温仪6测得坩埚3顶面全面积的温度分布情况，以便于精准控制侧部加热器10的加热效率以及坩埚3与顶部加热器4的相对位置，使坩埚3的顶面温度处于较为理想的状态，提高坩埚3内长晶速率、减少籽晶200的内应力；
2.在利用红外测温仪6测得精准的坩埚3顶面的温度分布情况后，可以选用对应的顶部加热器4装入带径向温度测量的长晶炉100中，以便实现对坩埚3最佳的加热效果；
3.顶部加热器4上具有镂空区域41，使红外测温仪6可以贯穿顶部加热器4测得坩埚3顶面中心位置的温度，而且不会降低顶部加热器4的加热效率。
以上，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种带径向温度测量的长晶炉，其特征在于，所述带径向温度测量的长晶炉包括：
外腔体(1)，顶部设置有第一视窗(101)；
内腔体(2)，设置在所述外腔体(1)的内部，所述内腔体(2)的顶部设置有第二视窗(201)；
坩埚(3)，设置在所述内腔体(2)的内部；
顶部加热器(4)，安装在所述内腔体(2)的内部、且位于所述坩埚(3)的上方，所述顶部加热器(4)上具有镂空区域(41)；
径向驱动机构(5)，设置在所述外腔体(1)的外部，红外测温仪(6)安装在所述径向驱动机构(5)上，所述径向驱动机构(5)用于驱动所述红外测温仪(6)沿所述坩埚(3)的径向移动；
其中，所述红外测温仪(6)发出的红外线依次穿过所述第一视窗(101)、所述第二视窗(201)和所述镂空区域(41)，照射到所述坩埚(3)的顶面。
2.根据权利要求1所述的带径向温度测量的长晶炉，其特征在于，所述径向驱动机构(5)驱动所述红外测温仪(6)移动的范围位于所述坩埚(3)的中心到边缘之间。
3.根据权利要求1所述的带径向温度测量的长晶炉，其特征在于，所述径向驱动机构(5)包括：
电机(51)；
螺杆(52)，连接在所述电机(51)的输出轴上，所述螺杆(52)沿所述坩埚(3)的径向布置；
导向杆，与所述螺杆(52)平行间隔设置；
滑块(53)，与所述螺杆(52)螺纹连接、且套设在所述导向杆上，所述红外测温仪(6)安装在所述滑块(53)上，所述电机(51)驱动所述螺杆(52)转动，可带动所述滑块(53)和所述红外测温仪(6)沿所述螺杆(52)移动。
4.根据权利要求1所述的带径向温度测量的长晶炉，其特征在于，所述径向驱动机构(5)为气缸，所述气缸的伸缩杆沿所述坩埚(3)的径向布置，所述红外测温仪(6)安装在所述气缸的伸缩杆上。
5.根据权利要求1所述的带径向温度测量的长晶炉，其特征在于，所述第一视窗(101)、所述第二视窗(201)和所述镂空区域(41)均为沿所述坩埚(3)的径向延伸的条形状。
6.根据权利要求1所述的带径向温度测量的长晶炉，其特征在于，所述顶部加热器(4)包括依次连接的第一电极连接端(42)、加热丝(43)和第二电极连接端(44)，其中，所述加热丝(43)盘旋成圆盘状、且形成从中心到边缘延伸的所述镂空区域(41)。
7.根据权利要求6所述的带径向温度测量的长晶炉，其特征在于，所述加热丝(43)包括：
多个弧形段(431)，间隔设置；
连接段(432)，连接在相邻两个弧形段(431)之间。
8.根据权利要求7所述的带径向温度测量的长晶炉，其特征在于，从边缘到中心位置，所述弧形段(431)的宽度逐渐减小。
9.根据权利要求7所述的带径向温度测量的长晶炉，其特征在于，所述带径向温度测量的长晶炉配套有多个所述顶部加热器(4)，不同所述顶部加热器(4)的所述加热丝(43)的形状不同，所述带径向温度测量的长晶炉根据所述坩埚(3)顶面的径向温度梯度情况采用对应的一个所述顶部加热器(4)。
10.根据权利要求1所述的带径向温度测量的长晶炉，其特征在于，所述带径向温度测量的长晶炉还包括：
坩埚托(7)，位于所述内腔体(2)的内部、且支撑在所述坩埚(3)的底部；
转轴(8)，从所述外腔体(1)的外部插入所述内腔体(2)的内部、且连接在所述坩埚托(7)的底部。
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