CN216663295U - 一种晶体生长炉的称重结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及晶体生长领域，尤其是涉及一种晶体生长炉的称重结构，包括：称重机构，称重机构设置于炉本体外部的顶部，称重机构包括：称重件，称重件作用于晶锭，用于对晶锭称重；加料机构，加料机构设置于炉本体外部的侧边，用于向炉本体内添加原料。本申请中通过称重机构对晶锭进行重量检测，在一定时间内晶锭的增加量即为熔体的减少量，通过第一电机和丝杆驱动开合板，使得料斗的料口打开，原料从料斗中进入到坩埚进行加料，通过控制开合板的敞开程度和敞开时间实现定量加料，从而使得坩埚内的熔体的液面高度保持相对稳定，从而达到稳定长晶的效果。

Description

一种晶体生长炉的称重结构

技术领域

本申请涉及晶体生长领域，尤其是涉及一种晶体生长炉的称重结构。

背景技术

晶体、宝石等由于其具有多种优良的光学、机械、电气、热以及化学特性综合性能，被广泛应用于半导体、光电子技术，航天航空,光学窗口等领域，晶体的需求越来越大。晶体生长有多种方法，目前为在市场上采用的方法主要为泡生法，其原理是先将原料加热至熔点后熔化形成熔体，再以单晶的籽晶接触到熔体表面，在籽晶与熔体的固液界面上开始生长和籽晶相同单晶体结构的单晶，籽晶以一定速度往上提升，在籽晶向上提拉生长。

现有技术中，为了晶锭能够稳定且持续生长，在生长晶棒过程中，需要向坩埚中加料，使得熔体的液面高度保持相对稳定，现有技术中的晶体炉上开设有加料口，从加料口中加入原料，但加入原料的量难以保证熔体的液面高度保持稳定。

因此，现有技术的技术问题在于：晶体炉无法定量加料。

实用新型内容

本申请提供一种晶体生长炉的称重结构，解决了现有技术中晶体炉无法定量加料的技术问题；达到晶体炉无法定量加料的技术效果。

本申请提供的一种晶体生长炉的称重结构，采用如下的技术方案：

一种晶体生长炉的称重结构，应用于炉本体上，所述称重结构包括：称重机构，所述称重机构设置于所述炉本体的外部的顶部，所述称重机构包括：称重件，所述称重件作用于晶锭，用于对晶锭称重；加料机构，所述加料机构设置于所述炉本体的外部的侧边，用于向所述炉本体内添加原料，所述加料机构包括：料斗，所述料斗的底部具有一料口；导料管，所述导料管连接所述料口，所述导料管延伸至所述炉本体内；开合板，所述开合板相对于所述料口可移动，用于控制所述料口的开合程度；以及第一驱动件，所述第一驱动件连接并作用于所述开合板，在所述第一驱动件驱动下所述开合板可在所述料口上移动，使得所述料口的开合大小可调节。

作为优选，所述加料机构还包括第一座，所述第一座位于所述料斗与所述开合板之间，所述开合板与所述料斗之间设置有滑移组件，所述滑移组件包括：梯形槽，所述梯形槽开设于所述第一座的下底面；梯形块，所述梯形块固定于所述开合板，所述梯形块与所述梯形槽配合，使得所述开合板可在所述梯形槽的开设方向上移动。

作为优选，所述第一驱动件固定于所述第一座，所述第一驱动件包括：丝杆，所述丝杆设置于与所述第一座的下底面，所述丝杆的设置方向平行于所述梯形槽的开设方向；第一电机，所述第一电机固定于所述第一座的下底面，所述第一电机作用于所述丝杆，用于驱动所述丝杆转动；以及滑块，所述滑块通过螺纹连接于所述丝杆，且所述滑块与所述开合板固定连接，使得所述开合板可随所述滑块滑移。

作为优选，所述开合板上远离所述第一电机的一端上设置有引导斜面。

作为优选，导料管内设置有缓冲组件，所述缓冲组件包括：缓冲板，所述缓冲板具有多个，所述缓冲板分成两组分别固定于所述导料管内壁的两侧，所述导料管内壁两侧上的缓冲板间隔设置且倾斜向下，使得原料下落时经导料管内壁两侧上的缓冲板而减速。

作为优选，所述炉本体包括：提拉组件，所述提拉组件设置于所述炉本体外部的上方，用于提拉所述晶锭，所述提拉组件包括：第二座，所述第二座位于所述炉本体的上方；提拉绳，所述提拉绳的第一端连接于晶锭；以及第二驱动件，所述第二驱动件固定于所述第二座，且连接于所述提拉绳的第二端，所述第二驱动件用于通过提拉绳提拉晶锭。

作为优选，所述第二驱动件具体为第二电机，所述第二电机固定于所述第二座，所述第二电机的输出轴上连接有线轴，所述线轴上绕卷所述提拉绳。

作为优选，所述称重机构还包括：导轮，所述导轮位于所述称重件上方且被所述称重件支撑，所述导轮与所述提拉绳传动配合；其中，所述称重件及导轮位于所述第二驱动件和晶锭之间，使得所述称重件可称得晶锭的重量。

作为优选，还包括控制器，所述控制器分别连接所述称重件和第一电机，所述控制器用于获取所述称重件的检测信号，且用于向所述第一电机发出控制信号。

作为优选，所述炉本体上还包括旋转组件，所述旋转组件用于作用于第二座，用于驱动晶锭旋转。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、本申请中通过称重机构对晶锭进行重量检测，在一定时间内晶锭的增加量即为熔体的减少量，通过第一电机和丝杆驱动开合板，使得料斗的料口打开，原料从料斗中进入到坩埚进行加料，通过控制开合板的敞开程度和敞开时间实现定量加料，从而使得坩埚内的熔体的液面高度保持相对稳定，从而达到稳定长晶的效果。

2、本申请通过丝杆驱动开合板，使得开合板能够在上料口上进行滑移，提高料口敞开的精确度，有利于提高加料的精确度，从而使得熔体的液位高度相对稳定。

3、在导料管中设置的缓冲组件，在原料从料斗中掉落之后，原料一次经过每一块缓冲板，使得原料的运动速度减小，有利于减小原料在落入熔体时对液面的波动。

4、本申请中利用导轮改变提拉绳的牵引方向，导轮固定于称重件上，使得晶锭的全部重量都作用在称重件上，无需增加过多的称重组件，在实现对晶锭称重的情况下，对炉本体的结构改动较小，有利于炉本体自身稳定性。

附图说明

图1是本申请所述晶体生长炉的称重结构的示意图；

图2是本申请所述晶体生长炉的称重结构的提拉机构的示意图；

图3是本申请所述晶体生长炉的称重结构的加料机构的示意图；

图4是本申请所述晶体生长炉的称重结构的的缓冲组件的示意图。

附图标记说明：100、炉本体；101、炉体；102、坩埚；103、晶锭；200、提拉组件；201、第二座；202、第二电机；203、线轴；204、提拉绳；300、称重机构；301、导轮；302、称重件；303、导轮座；400、加料机构；401、第一座；402、料斗；403、开合板；404、第一电机；405、丝杆；406、滑块；407、导料管；501、缓冲板。

具体实施方式

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本申请实施例提供了一种晶体生长炉的称重结构，通过检测晶锭的重量控制加料的量，解决了现有技术中晶体生长炉无法定量加料的技术问题；达到晶体生长炉无法定量加料的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

一种晶体生长炉的称重结构，应用于炉本体100，炉本体是指晶体生长炉，称重结构称重机构300、加料机构400以及控制器；如图1所示，炉本体100通过对原料进行加热实现拉晶，从而得到晶锭103；在拉晶过程中，称重机构300用于对晶锭103进行称重；加料机构400用于在拉晶过程中，向炉本体100中添加原料；控制器通过获取称重机构300的检测信号以控制加料机构400，使得加料机构400能够向炉本体100中定量的添加原料，从而使得熔体在坩埚内的液面高度保持平稳。

炉本体100用于拉晶，炉本体100包括炉体101、坩埚102、加热组件、隔热组件、提拉组件200以及旋转组件，坩埚102位于炉体101内部；加热组件设置于坩埚102 外围，用于对坩埚102供热，在一个实施例中，加热组件可以采用石墨加热器或钨加热器；隔热组件设置于加热组件与炉体101的内壁之间，用于对加热组件产生的热量隔绝，隔热组件可以采用若干层隔热板构成，在一个实施例中，隔热层可以采用氧化锆纤维板或氧化锆保温砖。

提拉组件200用于提拉晶锭103，如图1、2所示，提拉组件200设置于炉本体100 的正上方，包括第二座201、提拉绳204以及第二驱动件，第二座201位于炉体101的顶部开口的正上方，第二座201可通过外部的机架连接和固定，为使得提拉组件200 可旋转，其中，第二座201转动连接于机架；第二驱动件固定于第二座201上，第二驱动件具体为第二电机202，在第二电机202的输出轴上连接有线轴203，线轴203上绕卷提拉绳204的第一端，提拉绳204的第二端通过籽晶夹连接于晶锭103顶部，在第二电机202的驱动作用下，提拉绳204被绕卷在线轴203上，使得晶锭103实现提拉。

旋转组件作用于第二座201，在晶锭103提拉过程中，用于驱动晶锭103旋转，旋转组件可设置于机架上，具体的，可采用电机驱动的方式，通过电机驱动提拉组件200 整体旋转，从而使得晶锭103随之旋转。

称重机构300用于在拉晶过程中对晶锭103进行称重，如图1、2所示，称重机构 300包括导轮301和称重件302，其中，导轮301通过导轮座303固定于第二座201上，晶锭103和第二电机202通过提拉绳204分布于导轮301的两侧，导轮301与提拉绳204传动配合，从提拉绳204的第一端竖直向上经过导轮301，经过导轮301后提拉绳 204绕卷于线轴203，通过设置的导轮301改变提拉绳204的牵引方向；称重件302位于导轮301与第二座201之间，具体的，称重件302设置于第二座201与导轮座303 之间，称重件302的固定于第二座201上，称重件302支撑导轮座303，使得晶锭103 的全部重量作用于称重件302上，称重件302即可测得晶锭103的重量，在一个实施例中，称重件302可以采用称重传感器。

加料机构400位于炉本体100外部的侧边，用于向炉本体100内的坩埚102中添加原料，如图1、3所示，加料机构400包括第一座401、料斗402、开合板403以及第一驱动件；第一座401设置于炉本体100的侧边，第一座401通过外部的机架固定，料斗 402固定于第一座401的上方，料斗402的底部具有一料口，第一架上设置有一与料口相配合的通孔，开合板403位于第一座401下方，且与第一座401滑移连接，使得开合板403相对于料口可移动，从而使得料口的开合程度可控，具体的，开合板403和第一座401之间设置有滑移组件，滑移组件包括梯形槽和梯形块，梯形槽开设于第一座401 的下底面，梯形块固定于开合板403，梯形块与梯形槽配合，使得开合板403可在梯形槽的开设方向上移动，其中，梯形槽位于通孔的一侧，梯形槽所在直线经过通孔的圆心，且开合板403的面积大于通孔的面积，使得开合板403能够完全封住通孔(或料口)；在开合板403的一端上设置有引导斜面，其中，将料口闭合时开合板403移动的方向定义为第一方向，引导斜面位于开合板403的第一方向上的一端，引导斜面沿第一方向的高度逐渐减小，在原料下落过程中，有利于原料下落，减小原料堵塞的可能。

如图3所示，第一驱动件作用于开合板403，用于驱动开合板403相对于料口移动，使得料口的敞开程度实现调节；第一驱动件包括丝杆405、第一电机404以及滑块406，丝杆405位于第一座401下方，丝杆405通过丝杆405座固定连接于第一座401的下底面，丝杆405的设置方向平行于梯形槽的开设方向；第一电机404固定连接于第一座 401的下底面，第一电机404通过联轴器连接于丝杆405的一端，在第一电机404驱动下使得丝杆405转动；滑块406通过螺纹连接于丝杆405上，且滑块406固定连接于开合板403，使得丝杆405转动时，驱动滑块406在丝杆405上滑移，从而带动开合板403 滑移，实现料口的开合程度可控。

导料管407用于将料斗402中的原料导至炉本体100内的坩埚102中，导料管407 位于第一座401的下方，导料管407与第一座401的下底面固定连接，导料管407与料口(或通孔)对应衔接，使得原料能够从料斗402达到导料管407中；导料管407延伸至炉本体100内部并朝向坩埚102，使得原料能够通过导料管407达到坩埚102中，其中，在导料管407内设置有缓冲组件，缓冲组件用于对原料进行缓冲，在原料进入坩埚 102时减小对熔体液面的波动影响；如图4所示，缓冲组件包括缓冲板501，缓冲组件设置于位于靠近坩埚102一端的导料管407内部，其中，缓冲板501具有多个，缓冲板 501分两组固定连接于导料管407内壁的两侧，位于导料管407内壁两侧上的缓冲板501 间隔设置，且每个缓冲板501均倾斜向下设置，原料在导料管407下料过程中，原料从一侧的缓冲板501到达另一侧的缓冲板501，依次经过导料管407内壁的两侧上的缓冲板501，实现原料减速。

控制器分别连接有称重件302和第一电机404，控制器用于获取称重件302的检测信号和用于向第一电机404发出控制信号；在一个实施例中，控制器可以采用PLC或单片机；通过称重件302的检测值变化量控制第一电机404，从而控制料口的敞开程度，使得原料能够定量下落。

工作原理/步骤：

坩埚102中预先添置一定量的原料，通过加热组件对坩埚102及其盛放的原料加热至熔体，向熔体中伸入籽晶，通过提拉组件200提拉籽晶，同时通过旋转组件驱动籽晶转动，随着提拉组件200上提，从而慢慢拉出晶锭103。

第二电机202驱动提拉绳204对晶锭103向上牵引，晶锭103的重力作用于称重件302上，在一定时间内称取两次晶锭103的重量，两次检测的重量数值作差即为一定时间内晶锭103的增长量，也为坩埚102中熔体的减少量，为了坩埚102内的熔体液面高度保持平稳，需要向坩埚102中补充减少的原料，通过控制器驱动第二电机202工作，丝杆405转动，使得滑块406以开合板403发生滑移，开合板403相对于料口移动，料口打开，通过控制第一电机404的以控制料口的敞开程度和打开的时间，即可粗略计算出经过料口的原料的量，例如，若需要添加的原料为△X(kg)，在料口完全敞开时，若单位时间内原料能够经过量为Y(kg/s)，则料口完全打开保持△X/Y(s)；或，料口敞开一半时，若单位时间内原料能够经过量为Z(kg/s)，则料口完全打开保持△X/Z (s)，其中，为使料口中单位时间内原料能够经过量保持稳定，可频繁将料斗402中加满原料，以提高精确度。

技术效果：

1、本申请中通过称重机构300对晶锭103进行重量检测，在一定时间内晶锭103 的增加量即为熔体的减少量，通过第一电机404和丝杆405驱动开合板403，使得料斗402的料口打开，原料从料斗402中进入到坩埚102进行加料，通过控制开合板403的敞开程度和敞开时间实现定量加料，从而使得坩埚102内的熔体的液面高度保持相对稳定，从而达到稳定长晶的效果。

2、本申请通过丝杆405驱动开合板403，使得开合板403能够在上料口上进行滑移，提高料口敞开的精确度，有利于提高加料的精确度，从而使得熔体的液位高度相对稳定。

3、在导料管407中设置的缓冲组件，在原料从料斗402中掉落之后，原料一次经过每一块缓冲板501，使得原料的运动速度减小，有利于减小原料在落入熔体时对液面的波动。

4、本申请中利用导轮301改变提拉绳204的牵引方向，导轮301固定于称重件302上，使得晶锭103的全部重量都作用在称重件302上，无需增加过多的称重组件，在实现对晶锭103称重的情况下，对炉本体100的结构改动较小，有利于炉本体100自身稳定性。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种晶体生长炉的称重结构，应用于炉本体上，其特征在于，所述称重结构包括：

称重机构，所述称重机构设置于所述炉本体的外部的顶部，所述称重机构包括：

称重件，所述称重件作用于晶锭，用于对晶锭称重；

加料机构，所述加料机构设置于所述炉本体的外部的侧边，用于向所述炉本体内添加原料，所述加料机构包括：

料斗，所述料斗的底部具有一料口；

导料管，所述导料管连接所述料口，所述导料管延伸至所述炉本体内；

开合板，所述开合板相对于所述料口可移动，用于控制所述料口的开合程度；以及

第一驱动件，所述第一驱动件连接并作用于所述开合板，在所述第一驱动件驱动下所述开合板可在所述料口上移动，使得所述料口的开合大小可调节。

2.根据权利要求1所述的一种晶体生长炉的称重结构，其特征在于，所述加料机构还包括第一座，所述第一座位于所述料斗与所述开合板之间，所述第一座分别与所述料斗、所述开合板连接，所述料斗与所述开合板之间设置有滑移组件，所述滑移组件包括：

梯形槽，所述梯形槽开设于所述第一座的下底面；

梯形块，所述梯形块固定于所述开合板，所述梯形块与所述梯形槽配合，使得所述开合板可在所述梯形槽的开设方向上移动。

3.根据权利要求2所述的一种晶体生长炉的称重结构，其特征在于，所述第一驱动件固定于所述第一座，所述第一驱动件包括：

丝杆，所述丝杆设置于与所述第一座的下底面，所述丝杆的设置方向平行于所述梯形槽的开设方向；

第一电机，所述第一电机固定于所述第一座的下底面，所述第一电机连接并作用于所述丝杆，用于驱动所述丝杆转动；以及

滑块，所述滑块通过螺纹连接于所述丝杆，且所述滑块与所述开合板固定连接，使得所述开合板可随所述滑块滑移。

4.根据权利要求3所述的一种晶体生长炉的称重结构，其特征在于，所述开合板上远离所述第一电机的一端上设置有引导斜面。

5.根据权利要求1所述的一种晶体生长炉的称重结构，其特征在于，导料管内设置有缓冲组件，所述缓冲组件包括：

缓冲板，所述缓冲板具有多个，所述缓冲板分成两组分别固定于所述导料管内壁的两侧，所述导料管内壁两侧上的缓冲板间隔设置且倾斜向下，使得原料下落时经导料管内壁两侧上的缓冲板而减速。

6.根据权利要求1所述的一种晶体生长炉的称重结构，其特征在于，所述炉本体包括：

提拉组件，所述提拉组件设置于所述炉本体的外部的上方，所述提拉组件用于提拉晶锭，所述提拉组件包括：

第二座，所述第二座位于所述炉本体的上方；

提拉绳，所述提拉绳的第一端连接于晶锭；以及

第二驱动件，所述第二驱动件固定于所述第二座，且连接于所述提拉绳的第二端，所述第二驱动件用于通过提拉绳提拉晶锭。

7.根据权利要求6所述的一种晶体生长炉的称重结构，其特征在于，所述第二驱动件具体为第二电机，所述第二电机固定于所述第二座，所述第二电机的输出轴上连接有线轴，所述线轴上绕卷所述提拉绳。

8.根据权利要求6所述的一种晶体生长炉的称重结构，其特征在于，所述称重机构还包括：

导轮，所述导轮位于所述称重件的上方且被所述称重件支撑，所述导轮与所述提拉绳传动配合；

其中，所述称重件及导轮位于所述第二驱动件和晶锭之间，所述提拉绳经过所述导轮传动后，使得所述称重件可称得晶锭的重量。

9.根据权利要求2所述的一种晶体生长炉的称重结构，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别连接所述称重件和第一电机，所述控制器用于获取所述称重件的检测信号，且用于向所述第一电机发出控制信号。

10.根据权利要求1所述的一种晶体生长炉的称重结构，其特征在于，所述炉本体上还包括旋转组件，所述旋转组件用于作用于第二座，用于驱动晶锭旋转。

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