CN214193527U - 一种单晶生长装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及单晶生长技术领域，公开了一种单晶生长装置，包括工作台、加热器、移动机构和用于放置坩埚的坩埚平台,工作台内部为中空结构，加热器底端固定连接有加热器平台，坩埚平台固定连接于工作台上且在加热器正下方，移动机构包括步进电机、第一减速机、第二减速机、第一外螺纹丝杆、传动杆、第二外螺纹丝杆、第一内螺纹丝杆、第二内螺纹丝杆、第一固定件和第二固定件。本实用新型能够解决现有技术中高于熔点的温度下进行晶体生长的晶体成分偏离原有化学计量比的问题，提供在低温下的结构简单、工作震动小和上升平稳的一种单晶生长装置。

Description

一种单晶生长装置

技术领域

本实用新型涉及单晶生长技术领域，尤其涉及一种单晶生长装置。

背景技术

砷化镓现有生长技术主要有水平布里奇曼法(HB)、液封直拉法(LEC)、垂直布里奇曼法(VB)、垂直温度梯度凝固法(VGF)。HB砷化镓多晶合成和单晶生长可以同时完成，生长温度梯度小、位错小、应力小；其缺点为不易生长半绝缘坤化镓单晶材料。LEC法生长过程可见，成晶情况可控，可生长大尺寸、长单晶；其缺点是晶体温度梯度大、位错密度高、应力高、晶体等径控制差。VB/VGF法生长出的单晶位错密度和残留应力比LEC法低，晶体等径好，适合规模生产；其缺点在于容易产生双晶、线性缺陷和花晶，过于依赖生长系统重复性和稳定性。

晶体生长的基本原理是，坩埚的底部放入籽晶，籽晶的上方装入适量的溶剂，溶剂区上方放入预先合成的多晶料。生长时溶剂区要位于炉膛温度最高的位置，随着加热器的向上移动，多晶原料溶解并进入溶剂区形成溶液，而在下方低温区溶液过饱和，其中溶解的溶质又重新析出，沉积在溶液下方的生长界面上。一般的熔体法晶体生长技术是在高于熔点的温度下进行晶体生长，物料中的某种组分会产生反位取代，最终得到的晶体成分会远远偏离原有的化学计量比。而在较低的温度下用移动加热器法生长晶体，会减少反位取代缺陷的发生，得到的晶体组分更加均匀，电阻率也较高。因此，有必要设计一种设备简单、投入小的单晶生长装置，使加热器平稳上升，减少长晶过程中的震动，能够生长大尺寸、低位错密度、高均匀性、高阻的单晶材料。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型为了解决现有技术中高于熔点的温度下进行晶体生长的晶体成分偏离原有化学计量比的问题，提供在低温下的结构简单、工作震动小和上升平稳的一种单晶生长装置。

本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题：一种单晶生长装置，包括工作台、加热器、移动机构和用于放置坩埚的坩埚平台，所述工作台内部为中空结构，所述加热器底端固定连接有加热器平台，所述坩埚平台固定连接于工作台上且在加热器正下方，所述移动机构包括步进电机、第一固定件、第二固定件和支撑台，所述加热器平台底部两侧且位于坩埚平台两侧固定连接有第一内螺纹丝杆和第二内螺纹丝杆，所述第一固定件与第二固定件固定连接在工作台上，第一固定件和第二固定件设有贯穿工作台的通孔，所述第一内螺纹丝杆穿过第一固定件且穿出第一固定件的一侧螺纹连接有第一外螺纹丝杆，所述第二内螺纹丝杆穿过第二固定件且穿出第二固定件的一侧螺纹连接有第二外螺纹丝杆，所述第一外螺纹丝杆与第二外螺纹丝杆的下端转动连接于支撑台上，所述第一外螺纹丝杆中部固定的套设有第一斜齿轮，所述步进电机固定安装在支撑台上，所述步进电机的输出轴上固定的套设有第二斜齿轮，所述第一斜齿轮与第二斜齿轮啮合，所述第一外螺纹丝杆连接有传动杆，所述传动杆转动安装在支撑台内部，所述第一外螺纹丝杆的下部固定的套设有第三斜齿轮，所述传动杆的一端固定的套设有第四斜齿轮，所述第三斜齿轮与第四斜齿轮啮合，所述传动杆的另一端固定的套设有第五斜齿轮，所述第二外螺纹丝杆的下部固定的套设有第六斜齿轮，所述第五斜齿轮与第六斜齿轮啮合。

进一步，所述工作台两侧均固定连接有加热器导轨，所述加热器导轨上均滑动连接有滑块，所述滑块上均固定连接有加热器支撑架，所述加热器外表面与两侧的加热器支撑架固定连接，使得加热器在加热器导轨上滑动更平稳。

进一步，所述加热器为内部中空的环形结构，设置为中空的环形结构便于坩埚的放入与加热。

进一步，所述加热器平台中间开设有圆形通孔，圆形通孔直径小于加热器的内径，便于与加热器的固定连接。

进一步，所述步进电机连接有第一减速机和第二减速机，且步进电机、第一减速机和第二减速机均固定连接在支撑台上，所述第一减速机一侧轴端设有第一联轴器，另一侧轴端设有第二联轴器，第一联轴器连接步进电机输出轴，第二联轴器连接第二减速机远离第一外螺纹丝杆的轴端，第一减速机和第二减速机的设置作用于对步进电机进行减速，使加热器上升的速度减慢。

进一步，所述第一斜齿轮和第三斜齿轮通过平键分别连接于第一外螺纹丝杆中部和下部，所述第二斜齿轮通过平键连接于步进电机的输出轴上，所述第四斜齿轮和第五斜齿轮通过平键连接于传动杆的两端，所述第六斜齿轮通过平键连接于第二外螺纹丝杆的下部。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型通过步进电机带动第一减速机、第二减速机转动，第二减速机通过输出轴上的第一斜齿轮带动第一外螺纹丝杆转动，第一外螺纹丝杆上的第三斜齿轮带动传动杆转动，传动杆上的第五斜齿轮带动第二外螺纹丝杆转动，整个结构简单、操作方便。

(2)第一外螺纹丝杆带动第一内螺纹丝杆转动，第二外螺纹丝杆带动第二内螺纹丝杆转动，第一内螺纹丝杆和第二内螺纹丝杆带动加热器和加热器平台上下移动，加热器支撑架上的滑块在加热器导轨上滑动，从而实现了加热器的平稳上升。

(3)通过移动机构带动加热器和加热器平台的的平稳上升，坩埚平台上的坩埚并没有运动，减少在长晶过程中坩埚的震动，从而能够生长大尺寸、低位错密度、高均匀性、高阻的单晶材料。

附图说明

图1是本实用新型一种单晶生长装置的结构示意图；

图2是图1中A处的局部剖视图；

图3是本实用新型的立体结构示意图；

图4是本实用新型中移动机构的示意图；

图5是图4中B处、C处的局部放大图；

图6是图1中加热器平台的示意图；

其中，加热器1、加热器支撑架2、滑块3、加热器导轨4、加热器平台5、坩埚平台6、工作台7、步进电机8、第一减速机9、第二减速机10、第一联轴器11、第二联轴器12、第一斜齿轮13、第二斜齿轮14、第三斜齿轮15、第四斜齿轮16、第五斜齿轮17、第六斜齿轮18、传动杆19、第一内螺纹丝杆20、第二内螺纹丝杆21、第一外螺纹丝杆22、第二外螺纹丝杆23、第一固定件24、第二固定件25、圆形通孔26、支撑台27。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明：

如图1-6所示，一种单晶生长装置，包括工作台7、加热器1、移动机构和用于放置坩埚的坩埚平台6、工作台7内部为中空结构，工作台7两侧均固定连接有加热器导轨4，加热器导轨4上均滑动连接有滑块3，滑块3上均固定连接有加热器支撑架2，加热器1外表面与两侧的加热器支撑架2固定连接，加热器1为内部中空的环形结构，加热器1底端固定连接有加热器平台5，加热器平台5中间开设有圆形通孔26，圆形通孔26直径小于加热器1的内径，坩埚平台6固定连接于工作台7上且位于加热器1正下方，移动机构包括步进电机8、第一固定件24、第二固定件25和支撑台27，加热器平台5底部两侧且位于坩埚平台6两侧固定连接有第一内螺纹丝杆20和第二内螺纹丝杆21，第一固定件24与第二固定件25固定连接在工作台7上，第一固定件24和第二固定件25设有贯穿工作台7的通孔，第一固定件24和第二固定件25对第一内螺纹丝杆20和第二内螺纹丝杆21进行轴向定位，第一内螺纹丝杆20穿过第一固定件24且穿出第一固定件24的一侧螺纹连接有第一外螺纹丝杆22，第二内螺纹丝杆21穿过第二固定件25且穿出第二固定件25的一侧螺纹连接有第二外螺纹丝杆23，第一外螺纹丝杆22与第二外螺纹丝杆23的下端转动连接于支撑台27上，步进电机8连接有第一减速机9，第一减速机9连接有第二减速机10，且步进电机8、第一减速机9和第二减速机10均固定连接在支撑台27上，第一减速机9右侧轴端设有第一联轴器11，左侧轴端设有第二联轴器12，第一联轴器11连接步进电机8输出轴，第二联轴器12连接第二减速机10远离第一外螺纹丝杆22的轴端，第一外螺纹丝杆22中部通过平键套设有第一斜齿轮13，第二减速机10输出轴上通过平键套设有第二斜齿轮14，第一斜齿轮13与第二斜齿轮14啮合，第一外螺纹丝杆22连接有传动杆19，传动杆19转动安装在支撑台27内部，第一外螺纹丝杆22的下部通过平键套设有第三斜齿轮15，传动杆19的左端通过平键套设有第四斜齿轮16，第三斜齿轮15与第四斜齿轮16啮合，传动杆19的右端通过平键套设有第五斜齿轮17，第二外螺纹丝杆23的下部通过平键套设有第六斜齿轮18，第五斜齿轮17与第六斜齿轮18啮合，第一外螺纹丝杆22和第二外螺纹丝杆23转动带动第一内螺纹丝杆20和第二内螺纹丝杆21同步转动。

本实用新型的使用方法如下：

在使用时，通过移动机构调整加热机构的位置，具体为，步进电机8带动第一减速机9、第二减速机10转动，第二减速机10通过输出轴上的第一斜齿轮13带动第一外螺纹丝杆22中部的第二斜齿轮14转动，从而实现第一外螺纹丝杆22的转动，第一外螺纹丝杆22上的第三斜齿轮15带动传动杆19上的第四斜齿轮16转动，从而带动传动杆19转动，传动杆19上的第五斜齿轮17带动第二外螺纹丝杆23上的第六斜齿轮18转动，从而带动第二外螺纹丝杆23转动，第一外螺纹丝杆22带动第一内螺纹丝杆20转动，第二外螺纹丝杆23带动第二内螺纹丝杆21转动，第一内螺纹丝杆20和第二内螺纹丝杆21带动加热器1和加热器平台5上下移动，加热器支撑架2上的滑块3在加热器导轨4上滑动。

加热器1和加热器平台5由移动机构控制在加热器导轨4上向下移动至坩埚平台6的同一水平位置；将砷化镓多晶料、掺杂剂、籽晶等装入坩埚，将坩埚真空焊封后向加热器1由上往下放置，最终放在坩埚平台6上；放好后打开加热器1的电源，开始进行升温，当温度上升到合适的温度时，晶体开始进行生长；随后再次开启移动机构，加热器平台5、加热器1缓慢上升，长晶界面缓慢上升，长晶完成。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (6)

1.一种单晶生长装置，其特征在于：包括工作台、加热器、移动机构和用于放置坩埚的坩埚平台，所述工作台内部为中空结构，所述加热器底端固定连接有加热器平台，所述坩埚平台固定连接于工作台上且在加热器正下方，所述移动机构包括步进电机、第一固定件、第二固定件和支撑台，所述加热器平台底部两侧且位于坩埚平台两侧固定连接有第一内螺纹丝杆和第二内螺纹丝杆，所述第一固定件与第二固定件固定连接在工作台上，第一固定件和第二固定件设有贯穿工作台的通孔，所述第一内螺纹丝杆穿过第一固定件且穿出第一固定件的一侧螺纹连接有第一外螺纹丝杆，所述第二内螺纹丝杆穿过第二固定件且穿出第二固定件的一侧螺纹连接有第二外螺纹丝杆，所述第一外螺纹丝杆与第二外螺纹丝杆的下端转动连接于支撑台上，所述第一外螺纹丝杆中部固定的套设有第一斜齿轮，所述步进电机固定安装在支撑台上，所述步进电机的输出轴上固定的套设有第二斜齿轮，所述第一斜齿轮与第二斜齿轮啮合，所述第一外螺纹丝杆连接有传动杆，所述传动杆转动安装在支撑台内部，所述第一外螺纹丝杆的下部固定的套设有第三斜齿轮，所述传动杆的一端固定的套设有第四斜齿轮，所述第三斜齿轮与第四斜齿轮啮合，所述传动杆的另一端固定的套设有第五斜齿轮，所述第二外螺纹丝杆的下部固定的套设有第六斜齿轮，所述第五斜齿轮与第六斜齿轮啮合。

2.根据权利要求1所述的一种单晶生长装置，其特征在于：所述工作台两侧均固定连接有加热器导轨，所述加热器导轨上均滑动连接有滑块，所述滑块上均固定连接有加热器支撑架，所述加热器外表面与两侧的加热器支撑架固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种单晶生长装置，其特征在于：所述加热器为内部中空的环形结构。

4.根据权利要求3所述的一种单晶生长装置，其特征在于：所述加热器平台中间开设有圆形通孔，圆形通孔直径小于加热器的内径。

5.根据权利要求4所述的一种单晶生长装置，其特征在于：所述步进电机依次连接有第一减速机和第二减速机，且步进电机、第一减速机和第二减速机均固定连接在支撑台上，所述第一减速机一侧轴端设有第一联轴器，另一侧轴端设有第二联轴器，第一联轴器连接步进电机输出轴，第二联轴器连接第二减速机远离第一外螺纹丝杆的轴端。

6.根据权利要求5所述的一种单晶生长装置，其特征在于：所述第一斜齿轮和第三斜齿轮通过平键分别连接于第一外螺纹丝杆中部和下部，所述第二斜齿轮通过平键连接于步进电机的输出轴上，所述第四斜齿轮和第五斜齿轮通过平键连接于传动杆的两端，所述第六斜齿轮通过平键连接于第二外螺纹丝杆的下部。

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