CN215404637U - 一种适用于晶体生长的异形热场装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及晶体材料制备技术领域，具体公开了一种适用于晶体生长的异形热场装置，包括设有密闭腔体的炉体和用于盛放晶体材料的坩埚，其特征在于，所述炉体包括由内到外依次设置的感应发热体、保温层、射频线圈和外壳，所述炉体底部设有用于带动坩埚转动和升降的第一驱动机构，所述坩埚上方设有可连接籽晶且可穿过炉体的支撑杆，所述炉体外部还设有可带动支撑杆转动和升降的第二驱动机构，还包括用于控制炉体、第一驱动机构以及第二驱动机构的控制器，本实用新型通过设置可带动坩埚运动的第一驱动机构和可带动用于连接晶籽的支撑杆运动的第二驱动机构，解决了现有技术无法同时适用于坩埚升降法和提拉法的问题。
Description
技术领域
本申请涉及晶体材料制备技术领域，具体公开了一种适用于晶体生长的异形热场装置。
背景技术
坩埚下降法和提拉法都是工业加工中常用的晶体生长方法，坩埚下降法又称布里奇曼晶体生长法，晶体生长用的材料装在圆柱型的坩埚中，缓慢地下降，并通过一个具有一定温度梯度的加热炉，炉温控制在略高于材料的熔点附近。在通过加热区域时，坩埚中的材料被熔融，当坩埚持续下降时，坩埚底部的温度先下降到熔点以下，并开始结晶，晶体随坩埚下降而持续长大。
提拉法是将构成晶体的原料放在坩埚中加热熔化，在熔体表面接籽晶提拉熔体，在受控条件下，使籽晶和熔体在交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体。
现有的晶体生长热场装置仅能用于一种晶体加工方法，因为坩埚下降法和提拉法分别适用于不同种类的晶体材料，导致现有的晶体生长热场装置不具备实用性，现有的加热炉为直筒结构，直筒式发热体温度梯度没有渐变，造成温度梯度会突然出现过冷过热的情况。
发明内容
本实用新型的目的在于解决传统的晶体生长热场装置存在不能同时适用于坩埚下降法和提拉法的问题。
为了达到上述目的，本实用新型的基础方案提供一种适用于晶体生长的异形热场装置，包括设有密闭腔体的炉体和用于盛放晶体材料的坩埚，所述炉体包括由内到外依次设置的感应发热体、保温层、射频线圈和外壳，所述炉体底部设有用于带动坩埚转动和升降的第一驱动机构，所述坩埚上方设有可连接籽晶且可穿过炉体的支撑杆，所述炉体外部还设有可带动支撑杆转动和升降的第二驱动机构，还包括用于控制炉体、第一驱动机构以及第二驱动机构的控制器。
本基础方案的原理及效果在于：
1.通过设置可带动坩埚转动和升降的第一驱动机构和可带动用于连接籽晶的支撑杆转动和升降的第二驱动机构，既能够使用于坩埚下降法加工晶体也能够适用于提拉法加工晶体，解决传统的晶体生长热场装置存在不能同时适用于坩埚下降法和提拉法的问题，更具有实用性。
2.通过在炉体内设置射频线圈和感应发热体，通电后射频线圈加热炉体内部，避免使用传统电阻加热导致电极出现腐蚀现象造成电流过流打火，或者发热体电极挥发使其与铜电极不匹配的情况。
3.通过将原料密封在坩埚内，减少了会发造成的泄漏和污染，使晶体的成分容易控制，炉体内部形成具有温度梯度的加热环境，有利于控制生长条件，晶体生长速度较快。
与现有技术相比，本实用新型通过设置可容纳坩埚的炉体，炉体通过射频线圈对内部加热，形成有利于晶体生长且具有温度梯度的生长环境，通过设置可带动坩埚运动的第一驱动机构和可带动用于连接晶籽的支撑杆运动的第二驱动机构，解决了现有技术无法同时适用于坩埚升降法和提拉法的问题，通过控制器完成温度控制、晶籽的提拉速率以及坩埚升降速率，有利于晶体的加工。
进一步，所述第一驱动机构包括输出端设有坩埚的第一气缸和可带动第一气缸转动的第一电机。第一气缸输出端可带动坩埚在炉体内部完成升降，第一电机可带动第一气缸转动从而带动坩埚转动，可用于完成坩埚升降法中坩埚的升降。
进一步，所述第二驱动机构包括与支撑杆同轴连接的第二电机和可带动第二电机升降的第二气缸。第二电极输出轴转动带动支撑杆转动，从而带动籽晶转动，应用在提拉法中，第二气缸输出端可带动籽晶的升降，用于提拉晶体。
进一步，所述炉体为由上至下直径依次增大的喇叭形机构。通过将炉体形状可做成异形即喇叭形可改变发热体的角度调整径向温度变化，同时线圈相对发热体的位置，线圈内径的大小来对发热体的发热效率进行调节，调整热场温度梯度。
进一步，所述炉体表面开设有用于观察晶体生长过程的观察孔。在加工过程中，可通过观察孔观察内部晶体生长情况，有利于控制生长条件。
进一步，所述炉体外界设有与炉体内部连通的气泵，所述气泵输出端设有废气收集箱。可通过气泵将炉体加工过程中产生的有害气体抽入废气收集箱内，避免了气体的泄漏，也可根据不同晶体材料的加工条件，将内部的空气抽出。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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示出了本申请实施例提出的一种适用于晶体生长的异形热场装置的示意图；
图2示出了本申请实施例提出的一种适用于晶体生长的异形热场装置的内部结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
说明书附图中的附图标记包括：炉体1、坩埚2、感应发热体3、保温层4、射频线圈5、外壳6、顶盖7、管口8、第一气缸9、第一电机10、第二气缸11、第二电机12、支撑杆13、观察孔14、气泵15、废气收集箱16。
一种适用于晶体生长的异形热场装置，实施例如图1所示，包括设置在地面上的支撑台和固接在支撑台顶部的炉体1，炉体1表面为喇叭形结构，炉体1表面开设有用于观察内部加工情况的扇形观察孔14，观察孔14上固接有耐高温的透明板，炉体1顶部为通过螺栓连接的顶盖7，顶盖7中部固接有一管口8，炉体1的侧壁由内之外依次设置感应发热体3、保温层4、射频线圈5以及外壳6，通过对射频线圈5通电，感应发热体3可对炉体1内部进行加热，保温层4可保证内部温度不会向外散发，外壳6由金属材料制成，起保护作用，炉体1内部设置有用于晶体加工的坩埚2，坩埚2的上方为可有管口8插入的支撑杆13，支撑杆13的底部设置有籽晶夹，籽晶夹由于固定籽晶，支撑台内部设置有可带动坩埚2作升降和转动动作的第一驱动机构，坩埚2的底部设置可带动坩埚2作升降运动的第一气缸9，第一气缸9底部为固接在支撑台内底部的第一电机10，第一电机10与第一气缸9通过转盘连接，通过第一电机10的转动从而带动坩埚2的转动，支撑台顶部右端设置有可控制支撑杆13升降和转动的第二驱动机构，第二驱动机构包括固接在支撑台表面的第二气缸11，第二气缸11上端固接有支撑架，支撑架上设置有第二电机12，第二电机12下端与支撑杆13同轴连接，炉体1的外界还设置用于控制第一驱动机构、第二驱动机构和炉体1通电的控制器，支撑台内部还设有与炉体1内部连通的气泵15，连接处设置了可由控制器控制的可控阀，气泵15的右端连通有废气收集箱16，控制器可对气泵15进行控制。
在本实施例的实施过程中，技术人员首先将顶盖7打开，将需要加工的物料加入坩埚2内，通过螺栓锁紧顶盖7，根据物料的物性，选择加工方法。坩埚2下降法时，将物料装在坩埚2中后对射频线圈5通电，驱动第一气缸9缓慢地下降坩埚2，炉温控制在略高于材料的熔点附近，通过驱动第二气缸11使支撑杆13上籽晶靠近坩埚2，在通过加热区域时，坩埚2中的材料被熔融，当坩埚2持续下降时，坩埚2底部的温度先下降到熔点以下，并开始结晶,晶体随坩埚2下降而持续长大；提拉法时，通过控制器调整电流从而调整炉内温度场，使坩埚2内熔体上部处于过冷状态；然后在支撑杆13上的籽晶夹内安放一粒籽晶，让籽晶接触熔体表面，待籽晶表面稍熔后，驱动第二气缸11和第二电机12提拉并转动支撑杆13，使熔体处于过冷状态而结晶于籽晶上，在不断提拉和旋转过程中，生长出圆柱状晶体。加工过程中可通过观察孔14观察内部晶体生长情况，加工完成后，对射频线圈5断电，带到内部冷却后，可通过控制器打开可控阀，驱动气泵15抽出内部有害气体并收集到废气收集箱16内。
与现有技术相比，本实用新型通过设置可容纳坩埚2的炉体1，炉体1通过射频线圈5对内部加热，形成有利于晶体生长且具有温度梯度的生长环境，通过设置可带动坩埚2运动的第一驱动机构和可带动用于连接晶籽的支撑杆13运动的第二驱动机构，解决了现有技术无法同时适用于坩埚2升降法和提拉法的问题，通过控制器完成温度控制、晶籽的提拉速率以及坩埚2升降速率，有利于晶体的加工，通过将炉体1形状可做成异形即喇叭形可改变发热体的角度调整径向温度变化，同时线圈相对发热体的位置，线圈内径的大小来对发热体的发热效率进行调节，调整热场温度梯度，设置可抽出废气的气泵15和废气收集箱16，可避免了气体的泄漏造成污染。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种适用于晶体生长的异形热场装置，包括设有密闭腔体的炉体和用于盛放晶体材料的坩埚，其特征在于，所述炉体包括由内到外依次设置的感应发热体、保温层、射频线圈和外壳，所述炉体底部设有用于带动坩埚转动和升降的第一驱动机构，所述坩埚上方设有可连接籽晶且可穿过炉体的支撑杆，所述炉体外部还设有可带动支撑杆转动和升降的第二驱动机构，还包括用于控制炉体、第一驱动机构以及第二驱动机构的控制器。
2.根据权利要求1所述的一种适用于晶体生长的异形热场装置，其特征在于，所述第一驱动机构包括输出端设有坩埚的第一气缸和可带动第一气缸转动的第一电机。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于晶体生长的异形热场装置，其特征在于，所述第二驱动机构包括与支撑杆同轴连接的第二电机和可带动第二电机升降的第二气缸。
4.根据权利要求1所述的一种适用于晶体生长的异形热场装置，其特征在于，所述炉体为由上至下直径依次增大的喇叭形机构。
5.根据权利要求4所述的一种适用于晶体生长的异形热场装置，其特征在于，所述炉体表面开设有用于观察晶体生长过程的观察孔。
6.根据权利要求1所述的一种适用于晶体生长的异形热场装置，其特征在于，所述炉体外界设有与炉体内部连通的气泵，所述气泵输出端设有废气收集箱。
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