CN210736945U - 配合区熔管使用的区熔舟以及区熔设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种配合区熔管使用的区熔舟以及区熔设备，涉及锗单晶制备技术领域，包括：上舟体和下舟体，所述上舟体设置在所述下舟体的顶端，上舟体和下舟体在自下至上的方向上横截面面积逐渐增大；间隔支撑件，间隔支撑件支撑在上舟体和下舟体之间。在上述技术方案中，区熔舟便通过上舟体和下舟体构成，当下舟体置于区熔管的内腔以后，内腔中空置的空间可以继续容纳上舟体，使区熔管的内腔空间得到充分的利用，利用上舟体和下舟体共同盛装更多量的锗锭原料，并利用等量电能同时加热更多量的锗锭原料。由于区熔效率的提升和能耗的降低，从而便可以大大的降低区熔操作的成本。

Description

配合区熔管使用的区熔舟以及区熔设备

技术领域

本实用新型涉及锗单晶制备技术领域，尤其是涉及一种配合区熔管使用的区熔舟以及区熔设备。

背景技术

高纯锗晶体是锗产品中纯度最高的一种材料，探测器级高纯锗晶体(13N)的两个基本指标是净杂质浓度必须低于2×10¹⁰cm^-3，位错密度小于5×10³cm^-2。高纯锗晶体的制备过程主要包括区熔提纯和单晶生长两个步骤。在锗晶体的区熔提纯过程中，目前一般采用区熔舟和区熔管配合进行，使锗锭在区熔舟内进行提纯。

但是，现有技术中区熔提纯的区熔效率低，电能浪费大，所以造成现有技术中的区熔提纯成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种配合区熔管使用的区熔舟以及区熔设备，以解决现有技术中存在的区熔提纯成本较高的技术问题。

本实用新型提供的一种配合区熔管使用的区熔舟，包括：

上舟体和下舟体，所述上舟体设置在所述下舟体的顶端，所述上舟体和所述下舟体在自下至上的方向上横截面面积逐渐增大；

间隔支撑件，所述间隔支撑件支撑在所述上舟体和所述下舟体之间。

进一步的，所述上舟体和所述下舟体的高度之比在1:1至1:2之间。

进一步的，所述间隔支撑件为隔板。

进一步的，所述隔板的材质为石英。

进一步的，所述上舟体和/或所述下舟体的内侧壁涂覆隔离涂层。

进一步的，所述上舟体和所述下舟体的材质为石英；所述上舟体和所述下舟体的内侧壁涂覆碳涂层，所述碳涂层上涂覆二氧化硅涂层；

所述碳涂层和所述二氧化硅涂层构成所述隔离涂层。

本实用新型还提供了一种区熔设备，包括所述区熔舟。

进一步的，还包括：

支架；

区熔管，所述区熔管固定在所述支架上；所述区熔管上设置有进口和出口，所述区熔舟设置在所述区熔管的内腔；

感应线圈，所述感应线圈围绕在所述区熔管的外周；

移动机构，所述移动机构与所述感应线圈连接，以能够驱动所述感应线圈沿着所述区熔管的长度方向往复移动。

在上述技术方案中，区熔舟便通过上舟体和下舟体构成，当下舟体置于区熔管的内腔以后，内腔中空置的空间可以继续容纳上舟体，使区熔管的内腔空间得到充分的利用，利用上舟体和下舟体共同盛装更多量的锗锭原料，并利用等量电能同时加热更多量的锗锭原料。由于区熔效率的提升和能耗的降低，从而便可以大大的降低区熔操作的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。

图1为本实用新型一个实施例提供的区熔舟的使用状态示意图；

图2为图1所示的区熔舟的截面示意图。

附图标记：

1、上舟体；2、下舟体；

3、间隔支撑件；4、区熔管；

5、感应线圈；6、支架；

41、进口；42、出口。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参考图1和图2所示，本实施例提供的一种配合区熔管4使用的区熔舟，包括：

上舟体1和下舟体2，所述上舟体1设置在所述下舟体2的顶端，所述上舟体1和所述下舟体2在自下至上的方向上横截面面积逐渐增大；

间隔支撑件3，所述间隔支撑件3支撑在所述上舟体1和所述下舟体2之间。

现有的区熔舟与区熔管4配合使用是，是将单一的区熔舟置于区熔管4的内腔，区熔舟的高度一般为区熔管4高度的1/2至2/3。由于区熔管4的横截面是圆形结构，所以区熔舟置于区熔管4的内腔以后，区熔管4的内腔会空置很多空间，尤其是区熔管4内腔的上部空间。

所以，本实用新型的区熔舟便通过上舟体1和下舟体2构成，当下舟体2置于区熔管4的内腔以后，内腔中空置的空间可以继续容纳上舟体1，尤其是区熔管4上部的空置空间，从而使区熔管4的内腔空间得到充分的利用，利用上舟体1和下舟体2共同盛装更多量的锗锭原料，并利用等量电能同时加热更多量的锗锭原料。

例如，当利用现有的单个区熔舟盛装锗锭原料时，可以装料3kg。而利用上舟体1和下舟体2同时装料时，便可以装料4.5kg，使实际装料量增加了50％，大大提高装料量。

在将上舟体1放置在下舟体2的顶端时，可以采用间隔支撑件3，设置时需要在所述上舟体1和下舟体2之间设置间隔支撑件3，利用间隔支撑件3支撑上舟体1。

所以在区熔过程中，可以对上舟体1和下舟体2同时进行区熔操作，由于同样规格的区熔管4适配的区熔舟内装料量增加，从而可以提高区熔效率；在利用感应线圈5加热上舟体1和下舟体2时，可以利用等量电能同时加热更多量的锗锭原料，大大节省电能。综上所述，由于区熔效率的提升和能耗的降低，从而便可以大大的降低区熔操作的成本。

需要说明的是，由于上舟体1和下舟体2与区熔舟配合，所以上舟体1和下舟体2的尺寸、形状和大小与区熔管4的尺寸、形状和大小相互配合，以能够充分利用区熔管4内腔的空间即可，本领域技术人员可以根据实际结构自行设置，在此便不再赘述。

参考图2所示，由于所述区熔管4的横截面是圆形结构，根据圆形结构可以将上舟体1和下舟体2设置为横截面面积自下至上的方向上逐渐增大的结构，便于区熔结束后从舟体内部取出锗锭。通过上舟体1和下舟体2的这种搭配结构，便可以充分利用所述区熔管4的内腔空间，尤其是区熔管4的上部空间，以使内腔中能够设置更大体积的上舟体1和下舟体2，从而盛装更多的锗锭原料。其中，上舟体1和下舟体2的横截面可以为逐渐增大的矩形、椭圆形等结构，在此不做限定。同时，这种结构也便于制作上舟体1和下舟体2。

需要说明的是，在所述上舟体1和所述下舟体2自下至上的方向上，可以参考图1和图2所表示的上下方向。此处的上下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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

除此之外，所述上舟体1和所述下舟体2还可以设置成其他形状和结构，例如横截面为半圆形等，以能够与区熔管4配合，充分利用内腔空间即可，在此便不再赘述。

进一步的，所述上舟体1和所述下舟体2的高度之比在1:1至1:2之间。

由于所述上舟体1和下舟体2在装配时，是将所述上舟体1设置在所述下舟体2的顶端，为了能够使上舟体1在下舟体2上设置的更加稳定，所以使上舟体1的高度稍小于下舟体2的高度。例如，将所述上舟体1和所述下舟体2的高度之比设置在1:1至1:2的范围内，一是可以使下舟体2能够更加稳定的支撑上舟体1，另外也可以合理的利用区熔管4内腔的空间。

进一步的，所述间隔支撑件3为隔板。采用隔板的结构可以与上舟体1和下舟体2之间形成良好的配合。而除了采用隔板的结构以外，间隔支撑件3还可以采用其他的支撑结构，如支撑杆、支撑架、支撑块等。

进一步的，所述隔板的材质为石英。石英材质的纯度较高，且性质较为稳定，内部的杂质含量较低，所以将所述间隔支撑件3利用石英制作，可以降低对区熔提纯的影响。

除此之外，所述间隔支撑件3还可以采用石墨等性质较为稳定，不容易污染锗锭原料的材料，在此便不再赘述。

进一步的，所述上舟体1和/或所述下舟体2的内侧壁涂覆隔离涂层。

为了防止石英材料中的杂质掺入锗锭原料中，可以在所述上舟体1和所述下舟体2的内侧壁涂覆隔离涂层，从而利用隔离涂层避免杂质的掺入。同时，利用隔离涂层还能够防止所述上舟体1和所述下舟体2与熔融状态的锗锭原料粘接，进而造成所述上舟体1和所述下舟体2破裂。

进一步的，所述上舟体1和所述下舟体2的材质为石英；所述上舟体1和所述下舟体2的内侧壁涂覆碳涂层，所述碳涂层上涂覆二氧化硅涂层；所述碳涂层和所述二氧化硅涂层构成所述隔离涂层。

首先，石英材质的纯度较高，且性质较为稳定，内部的杂质含量较低，所以将所述上舟体1和所述下舟体2利用石英制作，可以降低对区熔提纯的影响；另外，石英为透明材料，在所述上舟体1和所述下舟体2的内侧壁涂覆隔离涂层时，可以清晰观察到内侧壁的涂覆情况是否完好。

需要说明的是，锗锭原料中主要包含B、P、Al等杂质。石英具有较低的P杂质浓度，但石英引入的O会与锗锭原料中的B、Al形成稳定的B₂O₃、Al-O化合物，该类化合物无法通过区熔去除。

所以，基于石英材质的上舟体1和下舟体2，在隔离涂层的选择上，可以采用碳涂层和二氧化硅涂层相结合构成。碳涂层可以减少上舟体1和下舟体2内部杂质向锗锭原料的转移扩散，并防止上舟体1和下舟体2和锗锭原料之间的粘接；另外，二氧化硅涂层含有硅和硅氧化合物(Si_xO_y),它们可吸收锗熔体中的氧，降低氧含量，减少B₂O₃和Al-O化合物的生成，利于锗中B和Al杂质的去除，提纯效果更好。

在涂覆时，可以在所述上舟体1和所述下舟体2的内侧壁依次涂覆所述碳涂层和所述二氧化硅涂层，即先在内侧壁涂覆所述碳涂层，然后在所述碳涂层上涂覆所述二氧化硅涂层，涂层要均匀，涂覆完毕相当于在内侧壁形成一层薄膜，可以防止所述上舟体1和所述下舟体2里面的杂质进入锗锭原料中。

可以用甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等热解的方法进行碳涂层的涂覆，覆盖内侧壁。同时，可以利用四氯化硅或高纯硅烷在氢氧焰中的水解反应，进行无定形二氧化硅的表面覆盖，从而涂覆二氧化硅涂层。

除此之外，所述隔离涂层还可以仅采用碳涂层，或仅采用二氧化硅涂层，本领域技术人员在进行隔离涂层的涂覆时还可以选择其他涂层。同时，所述上舟体1和所述下舟体2还可以采用石墨等性质较为稳定，不容易污染锗锭原料的材料，在此便不再赘述。

本实用新型还提供了一种区熔设备，包括所述区熔舟。由于所述区熔舟的具体结构、功能原理以及技术效果均在前文详述，在此便不再赘述。任何有关所述区熔舟的技术内容，均可参考前文对于所述区熔舟的记载。

进一步的，所述区熔设备还包括：

支架6；

区熔管4，所述区熔管4固定在所述支架6上；所述区熔管4上设置有进口41和出口42，所述区熔舟设置在所述区熔管4的内腔；

感应线圈5，所述感应线圈5围绕在所述区熔管4的外周；

移动机构，所述移动机构与所述感应线圈5连接，以能够驱动所述感应线圈5沿着所述区熔管4的长度方向往复移动。

如图1所示，基于通过支架6、区熔管4、感应线圈5和移动机构与上述区熔舟配合的区熔设备，在进行区熔操作时，可以在上舟体1和下舟体2内装入锗锭原料。区熔管4的管口可以用密封圈等密封材料密封，然后利用进口41和出口42向区熔管4的内腔导入氢气，同时利用所述感应线圈5对内腔中的区熔舟加热。在加热的过程中，还可以利用所述移动机构沿着所述区熔管4的长度方向驱动所述感应线圈5往复移动，使感应线圈5能够不断的对区熔舟的部分位置加热，实现区熔操作。通过感应线圈5的移动，使熔区变窄，每次只针对部分位置加热，使热量集中，可以大大提高区熔过程中杂质的分凝效果，提高纯度，提高提纯效率。

其中，所述移动机构可以采用移动小车，移动轨道等结构，装配后能够驱动所述感应线圈5往复移动即可。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种配合区熔管使用的区熔舟，其特征在于，包括：

上舟体和下舟体，所述上舟体设置在所述下舟体的顶端，所述上舟体和所述下舟体在自下至上的方向上横截面面积逐渐增大；

间隔支撑件，所述间隔支撑件支撑在所述上舟体和所述下舟体之间。

2.根据权利要求1所述的区熔舟，其特征在于，所述上舟体和所述下舟体的高度之比在1:1至1:2之间。

3.根据权利要求1所述的区熔舟，其特征在于，所述间隔支撑件为隔板。

4.根据权利要求3所述的区熔舟，其特征在于，所述隔板的材质为石英。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的区熔舟，其特征在于，所述上舟体和/或所述下舟体的内侧壁涂覆隔离涂层。

6.根据权利要求5所述的区熔舟，其特征在于，所述上舟体和所述下舟体的材质为石英；所述上舟体和所述下舟体的内侧壁涂覆碳涂层，所述碳涂层上涂覆二氧化硅涂层；

所述碳涂层和所述二氧化硅涂层构成所述隔离涂层。

7.一种区熔设备，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的区熔舟。

8.根据权利要求7所述的区熔设备，其特征在于，还包括：

支架；

区熔管，所述区熔管固定在所述支架上；所述区熔管上设置有进口和出口，所述区熔舟设置在所述区熔管的内腔；

感应线圈，所述感应线圈围绕在所述区熔管的外周；

移动机构，所述移动机构与所述感应线圈连接，以能够驱动所述感应线圈沿着所述区熔管的长度方向往复移动。

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