CN210945850U - 新型液封冷却提拉晶体生长装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型液封冷却提拉晶体生长装置，包括炉体和设置在所述炉体内的石英坩埚，所述石英坩埚的下部包裹有晶体熔体加热器，所述晶体熔体加热器的底部与所述炉体的内底之间安装有晶体熔体加热器举升机构；在所述晶体熔体加热器的顶端，沿所述石英坩埚周向位置设有流体冷却液封环，在所述炉体的顶端设置有提升机构，所述提升机构用于上提或下放所述流体冷却液封环，以使流体冷却液封环处于设定高度；在所述石英坩埚的上方，沿所述炉体的内壁设有生长室空气冷却环。本实用新型可分开调节晶体熔体与液封流体温度，且在晶体生长室内设置冷却环，抑制生长过程中气体发生对流，最终提高晶体的生长质量。

Description

新型液封冷却提拉晶体生长装置

技术领域

本实用新型涉及晶体生长装置技术领域，特别是一种新型液封冷却提拉晶体生长装置。

背景技术

众所周知，由于液封提拉法(lec法)生长单晶涉及接触的籽晶体和晶体材料的熔体需要在坩埚中受热，受熔融条件、晶体凝固区的热条件和热环境的影响，造成在改进基本的lec工艺以生长大直径晶体的过程中遇到了许多困难和复杂的问题。

现有的液封提拉法晶体生长装置，多数存在无法分开调节晶体熔体与液封流体温度的问题，导致液封流体、原料熔体与晶体之间温差大，造成熔体、液封流体流动的不稳定，这将引起晶体条纹的产生，影响生长出的晶体纯度，最终影响液封提拉法生长蓝宝石晶体的质量；此外，现有的液封提拉法晶体生长装置，未设置冷却区域隔热、降温，将造成晶体生长室中的气体发生对流，这不仅使得生长过程中能源的浪费，也会引起生长过程中气-液界面的流动失稳的产生，从而影响液封提拉法生长蓝宝石晶体的质量。

发明内容

本实用新型就是针对现有的液封提拉法装置存在的无法分开调节晶体熔体与液封流体温度，以及晶体生长室中的气体易发生对流，导致晶体生长过程中气-液界面的流动失稳的问题，而提供了一种可分别调节晶体熔体与液封流体的温度，且在晶体生长室内设置冷却环，抑制生长过程中空气发生对流的新型液封冷却提拉晶体生长装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种新型液封冷却提拉晶体生长装置，包括炉体和设置在所述炉体内的石英坩埚，所述石英坩埚的下部包裹有晶体熔体加热器，所述晶体熔体加热器的底部与所述炉体的内底之间安装有晶体熔体加热器举升机构；在所述晶体熔体加热器的顶端，沿所述石英坩埚周向位置设有流体冷却液封环，在所述炉体的顶端设置有提升机构，所述提升机构用于上提或下放所述流体冷却液封环，以使流体冷却液封环处于设定高度；在所述石英坩埚的上方，沿所述炉体的内壁设有生长室空气冷却环。

本实用新型提供的新型液封冷却提拉晶体生长装置，通过在石英坩埚的下部包裹可升降的晶体熔体加热器，在晶体熔体加热器的顶端，沿所述石英坩埚周向位置设有可升降的流体冷却液封环，这样在提拉加工、融化晶体原料的过程中，可实现分开调节晶体熔体与液封流体的温度，可升降的晶体熔体加热器可以更精准地加热晶体原料，且不会对液封流体进行重复加热，导致液封流体过热；而可升降的流体冷却液封环可更精准的对液封流体的不稳定流动起到更好的抑制作用，消除或减小对与之接触的晶体熔体的流动产生影响，提高坩埚熔体、液封液体系统的流动稳定性；此外，在石英坩埚的上方，沿炉体内壁设有生长室空气冷却环，这可以起到更好的抑制生长室空气流动的作用，最终提高晶体的生长质量。

进一步，所述提升机构包括卷扬机、滑轮和拉杆，所述滑轮设置在所述炉体的顶端，所述拉杆一端连接在所述流体冷却液封环顶端，另一端与所述卷扬机的钢丝绳连接，钢丝绳通过滑轮转向。根据冷却液封流体的高度，通过卷扬机来调节流体冷却液封环的上提或下放，以便更好的抑制液封流体的不稳定性流动。

进一步，所述卷扬机呈双绳筒结构；所述拉杆和滑轮均设有与两根钢丝绳相对应的两个。减少卷扬机的个数，节约成本。

进一步，所述炉体内壁还设有隔热套，所述隔热套位于所述晶体熔体加热器外周，所述隔热套的底端固定在所述炉体的底部，所述隔热套的顶端与所述石英坩埚的顶部相平。以确保石英坩埚在加热或冷却过程中不产生热交换。

进一步，所述晶体熔体加热器为杯状中空结构，其内壁贴有螺旋状电阻丝。便于晶体熔体加热器对石英坩埚进行加热，加热电阻丝采用低频电阻加热，功率小，能耗低，节约能源，并且加热功率可实现连续可调，功率足够使熔体原料全部融化。

进一步，所述流体冷却液封环和所述生长室空气冷却环均为螺旋管结构，采用循环水冷却方式进行冷却，冷却环下部设有循环水入口，上部设有循环水出口。冷却回路设置成螺旋管结构可增加冷却面的接触面积，冷却效果更佳。

进一步，所述晶体熔体加热器举升机构由至少三个液压升降杆组成，每一所述液压升降杆的顶端与所述晶体熔体加热器的底部固定连接。液压升降杆对称设置，使得在工作过程中更为平稳，晶体熔体加热器可通过螺钉与液压升降杆紧固连接，便于拆卸和更换。

进一步，所述液压升降杆为电动液压推杆。易操作，工作状态稳定，可快速便捷地调整晶体熔体加热器的高度，使其能够适应不同高度的晶体熔体的加热。

进一步，所述晶体熔体加热器的顶端与所述石英坩埚内晶体原料的上表面相平。可起到精准加热融化晶体熔体的作用，而晶体熔体加热器的高度可根据实际待加热晶体熔体位置与厚度进行调整。

有益效果：

本实用新型提供的新型液封冷却提拉晶体生长装置，晶体熔体加热器举升机构、提升机构在升降范围内稳定无振动，可实现分开调节晶体熔体与液封流体的温度，且在晶体生长室内设置冷却环，抑制生长过程中气体发生对流；此外，本实用新型的晶体生长的装置能提高生产效率，高度节能，操作方便，使用安全，能够精准加热熔体，并精准冷却液封流体，大大降低了生产成本，并提高了晶体的利用率，节约了资源。

附图说明

图1为本实用新型的示意图；

图中标记为：1炉体、2生长室空气冷却环、3石英坩埚、4流体冷却液封环、5晶体熔体加热器、6晶体熔体加热器举升机构、7隔热套、8滑轮、9拉杆。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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原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。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示：本实用新型提供了一种新型液封冷却提拉晶体生长装置，包括炉体1和设置在所述炉体1内的石英坩埚3，所述石英坩埚3的下部包裹有晶体熔体加热器5，所述晶体熔体加热器5的底部与所述炉体1的内底之间安装有晶体熔体加热器举升机构6；在所述晶体熔体加热器5的顶端，沿所述石英坩埚3周向位置设有流体冷却液封环4，在所述炉体1的顶端设置有提升机构，所述提升机构用于上提或下放所述流体冷却液封环4，以使流体冷却液封环4处于设定高度；在所述石英坩埚3的上方，沿所述炉体1的内壁设有生长室空气冷却环2。

其中，所述提升机构包括卷扬机、滑轮8和拉杆9，所述滑轮8设置在所述炉体1的顶端，所述拉杆9一端连接在所述流体冷却液封环4顶端，另一端与所述卷扬机的钢丝绳连接，钢丝绳通过滑轮8转向。

其中，所述卷扬机呈双绳筒结构；所述拉杆9和滑轮8均设有与两根钢丝绳相对应的两个。本实施例的流体冷却液封环4最上一圈管壁上固定有两个均布的吊环，吊环与拉杆9下端相连，两根拉杆9上端分别由一根吊绳相连，两根吊绳分别与双绳筒卷扬机上的两根钢丝绳相连，卷扬机上的钢丝绳通过滑轮转向，以带动拉杆升降，从而实现流体冷却液封环的上提或下放，以便对液封流体的不稳定流动起到更好的抑制作用。

其中，所述炉体1内壁还设有隔热套7，所述隔热套7位于所述晶体熔体加热器5外周，所述隔热套7的底端固定在所述炉体1的底部，所述隔热套7的顶端与所述石英坩埚3的顶部相平。

其中，所述晶体熔体加热器5为杯状中空结构，其内壁贴有螺旋状电阻丝。

其中，所述流体冷却液封环4和所述生长室空气冷却环2均为螺旋管结构，采用循环水冷却方式进行冷却，冷却环下部设有循环水入口，上部设有循环水出口。

其中，所述晶体熔体加热器举升机构6由至少三个液压升降杆组成，每一所述液压升降杆的顶端与所述晶体熔体加热器5的底部固定连接。

其中，所述液压升降杆为电动液压推杆。

其中，所述晶体熔体加热器5的顶端与所述石英坩埚3内晶体原料的上表面相平。

本实施例中炉体1由不易生锈、非多孔性、不易挥发、易于清洁处理，并有一定机械强度的不锈钢材料压制而成，炉体呈圆筒形，内壁无死角，能有效散热，便于清洁处理。

本实用新型的具体工作过程：先将晶体原料放入石英坩埚3中，然后通过调节晶体熔体加热器举升机构6使得晶体熔体加热器5的最上端与晶体原料上表面相平，然后进行加热；当有液封流体注入晶体熔体上方后，获得液封流体的表面高度(即：液封流体的高度)，若该液封流体的高度达到原先设定的高度要求，则控制提升机构带动流体冷却液封环顶端下放至液封层上表面相平的位置，继续下一步的晶体提拉生长过程；同时，测定熔体处、液封流体处以及石英坩埚上方生长室内空气的温度，若熔体处的温度低于设定值，则提高晶体熔体加热器的加热温度，若超过设定的温度值，则降低晶体熔体加热器的加热温度；若液封流体处的温度高于设定值，则打开液封冷却回路的入口，让冷却水注入，循环的冷却水则对液封流体进行冷却；若生长室内空气的温度高于设定值，则打开生长室空气冷却环的入口，让冷却水注入，循环的冷却水则对生长室内的空气进行冷却。本实用新型提供的新型液封冷却提拉法晶体生长装置可分别调节晶体熔体与液封流体的温度，且能够对生长室内的空气进行单独冷却，起到抑制生长室内流体系统流动的作用。

以上仅是本实用新型优选的实施方式，需指出的是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，作出的若干变形和改进的技术方案应同样视为落入本权利要求书要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种新型液封冷却提拉晶体生长装置，包括炉体(1)和设置在所述炉体(1)内的石英坩埚(3)，其特征在于，所述石英坩埚(3)的下部包裹有晶体熔体加热器(5)，所述晶体熔体加热器(5)的底部与所述炉体(1)的内底之间安装有晶体熔体加热器举升机构(6)；在所述晶体熔体加热器(5)的顶端，沿所述石英坩埚(3)周向位置设有流体冷却液封环(4)，在所述炉体(1)的顶端设置有提升机构，所述提升机构用于上提或下放所述流体冷却液封环(4)，以使流体冷却液封环(4)处于设定高度；在所述石英坩埚(3)的上方，沿所述炉体(1)的内壁设有生长室空气冷却环(2)。

2.根据权利要求1所述的新型液封冷却提拉晶体生长装置，其特征在于，所述提升机构包括卷扬机、滑轮(8)和拉杆(9)，所述滑轮(8)设置在所述炉体(1)的顶端，所述拉杆(9)一端连接在所述流体冷却液封环(4)顶端，另一端与所述卷扬机的钢丝绳连接，钢丝绳通过滑轮(8)转向。

3.根据权利要求2所述的新型液封冷却提拉晶体生长装置，其特征在于，所述卷扬机呈双绳筒结构；所述拉杆(9)和滑轮(8)均设有与两根钢丝绳相对应的两个。

4.根据权利要求1所述的新型液封冷却提拉晶体生长装置，其特征在于，所述炉体(1)内壁还设有隔热套(7)，所述隔热套(7)位于所述晶体熔体加热器(5)外周，所述隔热套(7)的底端固定在所述炉体(1)的底部，所述隔热套(7)的顶端与所述石英坩埚(3)的顶部相平。

5.根据权利要求1所述的新型液封冷却提拉晶体生长装置，其特征在于，所述晶体熔体加热器(5)为杯状中空结构，其内壁贴有螺旋状电阻丝。

6.根据权利要求1所述的新型液封冷却提拉晶体生长装置，其特征在于，所述流体冷却液封环(4)和所述生长室空气冷却环(2)均为螺旋管结构，采用循环水冷却方式进行冷却，冷却环下部设有循环水入口，上部设有循环水出口。

7.根据权利要求1所述的新型液封冷却提拉晶体生长装置，其特征在于，所述晶体熔体加热器举升机构(6)由至少三个液压升降杆组成，每一所述液压升降杆的顶端与所述晶体熔体加热器(5)的底部固定连接。

8.根据权利要求7所述的新型液封冷却提拉晶体生长装置，其特征在于，所述液压升降杆为电动液压推杆。

9.根据权利要求1所述的新型液封冷却提拉晶体生长装置，其特征在于，所述晶体熔体加热器(5)的顶端与所述石英坩埚(3)内晶体原料的上表面相平。

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