CN210420250U - 热场装置及晶体生长装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种热场装置，该热场装置包括一对环形热屏，所述环形热屏之间夹持有若干空心球。本实用新型同时提出包括该热场装置的晶体生长装置。该热场装置结构简单，包含该热场装置的晶体生长装置适用于提拉结晶法，所制备得到的晶体无开裂、气泡、夹杂、散射等缺陷。

Description

热场装置及晶体生长装置

技术领域

本实用新型涉及晶体制备领域，尤其涉及一种热场装置及晶体生长装置。

背景技术

提拉法是一种从熔体中生长晶体的方法，具有生长速度快、易观察、晶体质量高等优点，广泛应用于硅、锗、蓝宝石、激光晶体、闪烁晶体的生长。

氧化物晶体的提拉法生长一般包括中频感应提拉法和电阻加热提拉法两种。前者一般采用贵金属坩埚或钨钼坩埚作为加热器，后者则一般采用石墨加热器或者电阻丝加热器作为加热器。为了保护坩埚或者加热器，在晶体生长时，多采用惰性气氛甚至还原气氛进行生长。惰性气氛或还原气氛的晶体生长过程中，会使晶体中产生氧空位，严重影响晶体的性能，需要后期退火处理。

此外，在晶体生长过程中，随着坩埚内液面的降低，晶体所处的温度梯度逐渐减小，极易造成组分过冷或者界面翻转，产生气泡、散射等缺陷，严重影响晶体的性能。

因此，有必要设计一种改进的热场装置及晶体生长装置来解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术问题，提出一种改进的热场装置及晶体生长装置。

为实现前述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种热场装置，该热场装置包括一对环形热屏，所述环形热屏之间夹持有若干空心球。

作为本实用新型的进一步改进，该热屏由氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷、石英玻璃中一种或多种材质制备而成。

作为本实用新型的进一步改进，空心球包括氧化锆空心球、氧化铝空心球中的至少一种。

作为本实用新型的进一步改进，每一空心球内部均填充空气或氧气。

作为本实用新型的进一步改进，空心球的直径沿着热屏自上往下逐渐减小。

作为本实用新型的进一步改进，空心球的直径在1-5mm之间。

同时提出一种晶体生长装置，其包括一加热器、一坩埚，所述加热器套设于坩埚外，该晶体生长装置还包括上述的热场装置，且环形热屏位于坩埚和加热器之间。

作为本实用新型的进一步改进，空心球放置的高度不高于坩埚的上沿。

本实用新型提出一种热场装置及晶体生长装置，该热场装置结构简单，包含该热场装置的晶体生长装置适用于提拉结晶法，所制备得到的晶体无开裂、气泡、夹杂、散射等缺陷。

附图说明

图1为本实用新型热场装置及晶体生长装置的整体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提出一种热场装置130，该热场装置130包括一对环形热屏131，所述环形热屏131之间夹持有若干空心球132。空心球132容易滚动，需要夹在环形热屏131之间，维持空心球132的稳定。

在本实用新型的某些实施例中，作为对热场装置的改进，该热屏由氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷、石英玻璃中一种或多种材质制备而成。热屏采用上述材质制备，可以避免与空心球发生反应，也可以避免空心球内气体与热屏发生反应。

在本实用新型的某些实施例中，作为对热场装置的改进，空心球包括氧化锆空心球、氧化铝空心球中的至少一种。氧化锆空心球和氧化铝空心球熔点高，温度使用范围广，可以起到很好的保温效果。

在本实用新型的某些实施例中，作为对热场装置的改进，每一空心球内部均填充空气或氧气。部分填充空气的空心球在高温下发生破裂，会释放出氧气，维持炉体内一定的氧分压。

在本实用新型的某些实施例中，作为对热场装置的改进，空心球的直径沿着热屏自上往下逐渐减小。晶体生长时，需要在坩埚周围维持一定的温度梯度。一般情况下，希望坩埚上部温度高，坩埚底部温度低。在中频感应提拉法中，发热体为坩埚。坩埚上部采用粒径大的空心球，保温差，因此坩埚上部需要增加发热来维持高温；坩埚下部采用粒径小的空心球，保温好，因此坩埚下部发热量减小。在电阻加热提拉法中，发热体为热场外部的加热器，热量靠热传导到坩埚内部。坩埚上部保温差，接收的热量多，温度高；坩埚底部保温好，接收的热量少，温度低。因此，采用空心球梯度放置，有利于在坩埚周围形成晶体生长所需的温度梯度。此外，在高温下，部分空心球破裂，碎片会向下移动，造成坩埚底部保温更好，坩埚上部保温更差，热场中温度梯度增加，有利于减弱由于坩埚内熔体液面下降造成的温度梯度降低的影响。再次，晶体生长结束后，由于部分空心球破裂下塌造成空心球整体位置下降，需要在热场中补充新的空心球。只需要在空心球上部续加大直径的空心球，即可重现温场。

在本实用新型的某些实施例中，作为对热场装置的改进，空心球的直径在1-5mm之间。此直径的空心球保温性能、稳定性等性能良好，适合氧化物晶体生长的需要。

该热场装置130为晶体生长装置100的一部分，晶体生长装置100还包括一加热器110和一坩埚120，所述加热器110围绕坩埚120设置，且环形热屏131位于坩埚120和加热器110之间。在本实用新型的某些实施例中，加热器110为感应线圈或者电阻发热器。

在本实用新型的某些实施例中，作为对晶体生长装置的改进，空心球放置的高度不高于坩埚的上沿。晶体生长过程中，热屏受热容易开裂。为避免热屏开裂导致空心球滑落到坩埚内部，造成原料污染，空心球放置的高度不高于坩埚的上沿。

实施例1。

将14kg铈掺杂硅酸钇镥原料装入铱坩埚中，铱坩埚外部放置氧化锆筒，线圈内部放置石英管，石英管和氧化锆筒之间装有空心氧化锆球。氧化锆球的直径从上到下依次减小，直径为1-5mm。

采用上述热场装置及晶体生长装置所制备得到的晶体无色，晶体直径为80mm、长度为200mm，晶体无开裂、气泡、夹杂、散射等缺陷。

实施例2。

将7kg铈掺杂钆镓铝石榴石原料装入感应坩埚中，铱坩埚外部放置氧化锆筒，线圈内部放置石英管，石英管和氧化锆筒之间装有空心氧化铝球。氧化铝球的直径从上到下依次减小，直径为1-3mm。

采用上述热场装置及晶体生长装置所制备得到的晶体为黄色，晶体直径为60mm、长度为150mm，晶体无开裂、气泡、夹杂、散射等缺陷。

实施例3。

将2kg钕掺杂钇铝石榴石原料装入钼坩埚中，采用电阻加热的方式晶体生长。钼坩埚外部放置氧化锆筒，发热体内部放置氧化铝筒，石英管和氧化锆筒之间装有空心氧化锆球。氧化锆球的直径从上到下依次减小，直径为2-5mm。

采用上述热场装置及晶体生长装置所制备得到的晶体为紫色，晶体直径为40mm、长度为100mm，晶体无开裂、气泡、夹杂、散射等缺陷。

本实用新型提出一种热场装置及晶体生长装置，该热场装置结构简单，包含该热场装置的晶体生长装置适用于提拉结晶法，所制备得到的晶体无开裂、气泡、夹杂、散射等缺陷。

尽管为示例目的，已经公开了本实用新型的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本实用新型的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (3)

1.一种热场装置，其特征在于：该热场装置包括一对环形热屏，所述环形热屏之间夹持有若干空心球；该热屏由氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷、石英玻璃中一种或多种材质制备而成；空心球包括氧化锆空心球、氧化铝空心球中的至少一种；每一空心球内部均填充空气或氧气；空心球的直径沿着热屏自上往下逐渐减小；空心球的直径在1-5mm之间。

2.一种晶体生长装置，其包括一加热器、一坩埚，所述加热器套设于坩埚外，其特征在于：该晶体生长装置还包括如权利要求1所述的热场装置，且环形热屏位于坩埚和加热器之间。

3.根据权利要求2所述的晶体生长装置，其特征在于：空心球放置的高度不高于坩埚的上沿。

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