CN219841877U - 单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装，包括：校准轴，校准轴的中心开设有轴孔，轴孔贯穿校准轴的上、下表面，校准轴的底部安装在坩埚轴的顶部，校准轴的中心轴线与坩埚轴的中心轴线重合，校准轴由下到上从单晶炉炉底的中心孔中伸出；安装盘，安装盘套设在校准轴上，安装盘的外径大于中心孔的直径，安装盘安装在单晶炉炉底的中心孔上；靶盘，靶盘安装于校准轴的顶部，靶盘中心轴线与校准轴中心轴线重合。本实用新型的工装可以代替石墨轴，用于对中调试，同时还能够检测坩埚轴各项参数，这样就大大提高了单晶炉的对中精度，且能够提高对中的再现一致性。

Description

单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装

技术领域

本实用新型属于直拉单晶制造设备技术领域，尤其是涉及一种单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装。

背景技术

在单晶生长过程中，为保证晶体良好的生长环境，需要稳定的固液界面维持热场温度的分布，即单晶拉制过程中尽可能的减少液面抖动情况，保证固液界面平整，当固液界面发生倾斜，那么熔体的温度梯度就会发生突变，该变化容易引起变晶和生长参数不均匀，导致晶体质量变差。单晶在生长过程中，籽晶绳和石英坩埚是同轴反向旋转，如果晶棒和石英坩埚的旋转中心不重合，那么在石英坩埚旋转过程中，石英坩埚埚内的硅液对晶体棒的阻力会使晶体棒甩起来，使固液界面发生偏移，固液界面形状发生变化，从而影响石英坩埚内热场的分布，破坏晶体生长环境，导致晶体生长时发生位错。为了保证单晶晶体的正常生长，就必须使籽晶绳和石英坩埚的旋转轴中心重合。在实际生产过程中，必须保证提拉系统、坩埚升降系统各系统均位于统一的中心轴线上。

要保证提拉系统、坩埚升降各系统均位于统一的中心轴线上，首先，需要对坩埚升降系统装配后各项参数进行精确检测，确保坩埚升降系统的加工、装配精度，如坩埚轴的垂直度、坩埚轴与升降导轨的平行度等，达到预定要求，以满足后续对中。其次，单晶炉正常工作之前，需通过调整炉体顶端提拉头的相对位置，使得提拉头、软轴以及坩埚轴的旋转中心重合。

目前，当坩埚升降部件安装至炉底部件上后，因单晶炉坩埚升降部件的结构及坩埚轴的长度限制，导致坩埚轴不能露出炉底，造成坩埚轴的各项参数不易测量。需测量参数如下：坩埚轴径向跳动；坩埚轴轴线与炉底水平安装面垂直度；坩埚轴轴线与导轨平行度；坩埚轴轴线水平方向位移；用于调整坩埚上下限位的坩埚轴上端面至炉底水平安装面轴向尺寸等。

另外，因坩埚轴不能露出炉底，目前对中采用石墨轴安装在坩埚轴上，将坩埚轴延长，上方放置靶盘，在籽晶绳末端安装一个对中重锤，用人眼从CCD摄像机的窗口中观测重锤是否在刻度盘的中心处，来加以判定籽晶绳和石英坩埚的轴线中心是否重合。因石墨轴的材质较柔软，结合及测量处容易磨损，其表面作为测量基准是不合适的。原靶盘与石墨轴为分体结构，存在配合精度误差。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型在于提出一种单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装，代替石墨轴，用于对中调试，同时还能够检测坩埚轴各项参数，这样就大大提高了单晶炉的对中精度，且能够提高对中的再现一致性。

根据本实用新型第一方面的单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装，包括：

校准轴，所述校准轴的中心开设有轴孔，所述轴孔贯穿所述校准轴的上、下表面，所述校准轴的底部安装在坩埚轴的顶部，所述校准轴的中心轴线与所述坩埚轴的中心轴线重合，所述校准轴由下到上从所述单晶炉炉底的中心孔中伸出；

安装盘，所述安装盘套设在所述校准轴上，所述安装盘的外径大于所述中心孔的直径，所述安装盘安装在所述单晶炉炉底的中心孔上；

靶盘，所述靶盘安装于所述校准轴的顶部，所述靶盘中心轴线与所述校准轴中心轴线重合。

在一些实施例中，所述校准轴的上、下两端和中部分别设有百分表测量区，所述百分表测量区的外径大于所述校准轴的外径。

在一些实施例中，所述校准轴的两侧对称可拆卸连接一个吊环，两个所述吊环位于上端的百分表测量区与中部的百分表测量区之间。

在一些实施例中，所述轴孔的下端向外扩孔形成连接孔，所述轴孔和所述连接孔均呈圆柱形，所述轴孔的孔径小于所述连接孔的孔径，所述连接孔的孔径与所述坩埚轴相配适。

在一些实施例中，所述轴孔的顶部向外扩孔形成圆环状的圆槽，所述圆槽与轴孔同心设置，所述圆槽的外径大于所述轴孔的孔径，所述圆槽的上表面为与校准轴顶部相接触的结合面，所述结合面垂直于校准轴的中心轴线。

在一些实施例中，所述轴孔的中部向外扩孔形成圆环状的延伸槽，所述延伸槽与轴孔同心设置，且所述延伸槽的外径大于所述轴孔的孔径，所述轴孔的下端倒圆角。

在一些实施例中，所述轴孔的中部向外扩孔形成圆环状的延伸槽，所述延伸槽与轴孔同心设置，且所述延伸槽的外径大于所述轴孔的孔径，所述轴孔的上、下两端倒圆角。

在一些实施例中，所述安装盘的底部中心一体连接环形台阶，所述环形台阶的外径与所述中心孔相适配，所述安装盘下表面与炉底中心孔处上端面相配合。

在一些实施例中，所述安装盘上圆周均匀固定不少于两个的表座，所述不少于两个的表座对称设置，每个所述表座上均固定一个百分表，所述百分表用于测量百分表测量区的数据。

在一些实施例中，所述安装盘和靶盘采用铁磁性材料，所述表座为磁吸表座，所述校准轴采用金属材质。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装的示意图；

图2是本实用新型中校准轴的剖视图；

图3是本实用新型中靶盘的示意图；

图4是本实用新型中安装盘的示意图；

图5是本实用新型的工装安装到坩埚轴后的示意图；

图6是图5中A处的放大图；

图7是本实用新型的工装在检测及对中时的示意图；

图8是图7的剖视图；

图9是图8中B处的放大图；

图10是图8中C处的放大图。

附图标记：

工装100，

校准轴10，轴孔11，连接孔12，百分表测量区13，吊环安装孔14，吊环15，延伸槽121，圆槽122，结合面122a；

安装盘20，环形台阶21，表座22，百分表23，测量头231；

靶盘30，螺栓31；

坩埚轴200，导轨210；

炉底300，中心孔310，上法兰320；

工字尺400，框架水平仪架500；

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用性和/或其他材料的使用。

下面参考图1-图10描述根据本实用新型实施例的单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装(以下简称工装100)，应用于单晶炉坩埚系统，现有技术中，坩埚(图中未画出)设置于单晶炉(图中未画出)内，参考图8所示，坩埚的底部通过坩埚轴200的升降运动进行升降，单晶炉包括炉底300，炉底300的中心处开设有允许坩埚轴200通过的中心孔310。

参考图1和图2所示，工装100包括校准轴10、安装盘20和靶盘30，校准轴10呈中空圆管状，换言之，校准轴10的中心开设有轴孔11，轴孔11贯穿校准轴10的上、下表面，轴孔11的设置可以有效减轻工装100的整体重量，校准轴10的底部安装在坩埚轴200的顶部，校准轴10的中心轴线与坩埚轴200的中心轴线重合，校准轴10由下到上从单晶炉炉底300的中心孔310中伸出，坩埚轴200带动校准轴10上下运动。校准轴10可以用于坩埚上下限位，现有技术中，下限位时由于坩埚轴200在炉底300的法兰内，不容易测量。参考图8所示，测量坩埚轴200上表面距离炉底300的上法兰320上表面所在平面之间的距离，本实用新型通过将校准轴10安装在坩埚轴200上，只要测得校准轴10上端面与上法兰302上端面之间的距离H1，由于校准轴10上端面与连接孔12顶部之间距离H2是定值，坩埚轴200上表面距离炉底300的上法兰320上表面所在平面之间的距离即为(H1+H2)，即获得坩埚轴200的实际位置。

参考图1和图8所示，安装盘20套设在校准轴10上，安装盘20的外径大于中心孔310的直径，安装盘20的内径不小于校准轴10的外径，安装盘20安装在炉底300的中心孔310上，安装盘20作为载体，用于安装表座22和百分表23；

参考图1和图5所示，靶盘30安装于校准轴10的顶部，靶盘30中心轴线与校准轴10中心轴线重合，靶盘30用于对坩埚轴200直接进行对中调试，不必拆卸、更换、加置其他工装100器具。靶盘30为以盘心为圆心的同心圆沟槽，靶盘30的边缘沿周向间隔开设有多个通孔，靶盘30通过螺栓31穿过通孔与校准轴10的上端面螺纹连接。

在一些实施例中，参考图1和图2所示，校准轴10的上、下两端和中部分别设有百分表测量区13，百分表测量区13的外径B大于校准轴10的外径。百分表测量区13的加工精度高，方便百分表23测量。

在一些实施例中，参考图6所示，所述安装盘20上圆周均匀固定不少于两个的表座22，所述不少于两个的表座22对称设置，每个所述表座22上均固定一个百分表23，在本实施例中，表座22的数量为四个，所述百分表23用于测量百分表测量区13的尺寸，所述安装盘20采用碳钢材质，所述表座22为磁吸表座22，百分表23的测量头231材质为塑料，以防止划伤测量面以及降低因侧向力导致的微变形，将四个百分表23的测量头231对称搭在测量区的外圆上，通过上下运动检测坩埚轴200与坩埚轴200导轨210的平行度误差；用两个百分表23的测量头231对称搭在位于中间的测量区的外圆上，旋转坩埚轴200，可检测坩埚轴200的径向跳动。

在一些实施例中，参考图1和图2所示，校准轴10的上部圆周均匀开设有四个吊环安装孔14，吊环安装孔14位于上端的百分表测量区13与中部的百分表测量区13之间，任选两个相对设置的吊环安装孔14安装吊环15即可。

在一些实施例中，参考图2所示，轴孔11的下端向外扩孔形成连接孔12，轴孔11和连接孔12均呈圆柱形，轴孔11的孔径小于连接孔12的孔径A，连接孔12的孔径/>A与坩埚轴200相配适，参考图9所示，连接时，坩埚轴200的上端面与连接孔12的上端面精准贴合，校准轴10与坩埚轴200通过连接孔12间隙配合连接。

进一步地，轴孔11的顶部向外扩孔形成圆环状的圆槽122，圆槽122与轴孔11同心设置，圆槽122的外径大于轴孔11的孔径，圆槽122的上表面为与校准轴10顶部相接触的结合面122a，结合面122a垂直于校准轴10的中心轴线，圆槽122的设置，可以保证结合面122a与校准轴10上端面贴合，防止对校准轴10上端的挤压。

进一步地，参考图2所示，轴孔11的中部向外扩孔形成圆环状的延伸槽121，所述延伸槽121与轴孔11同心设置，且延伸槽121的外径C大于轴孔11的孔径，延伸槽121的设置，减少了坩埚轴200与轴孔11的摩擦面积；降低了原结构对连接孔12的直线度行位公差要求，只需保障连接孔12上下两端的同心度，同时由于连接孔12是精密加工区域，延伸槽121的设置减少了精密加工的面积，节省加工成本。轴孔11的上下两端倒圆角，有利于连接孔12与坩埚轴200的结合和分离。

在一些实施例中，参考图4所示，安装盘20的底部中心一体连接环形台阶21，环形台阶21的外径与中心孔310相适配，安装盘20下表面呈与单晶炉坩埚底部相适配的圆弧状，安装时，安装盘20通过圆台安装在中心孔310中。

在一些实施例中，靶盘30和安装盘20采用铁磁性材料，例如铸铁、铸钢、合金铁、合金钢、碳素钢、碳钢等材质，靶盘30和安装盘20的表面设有防锈层，例如镀铬、镀镍等，校准轴10采用金属材质，例如铝、铝镁合金、不锈钢等材质。表座22通过磁性吸附在安装盘20上。

工作过程：

1.使用时从保管箱内通过行车的起吊绳吊起工装100的两个吊环15，用无水酒精清洁工装100内外表面；

2.清洁结束后，如图4所示，将工装100吊装至坩埚轴200正上方，缓慢下落工装100，若有卡阻，则可轻轻晃动校准轴10，直至将校准轴10通过其下部的连接孔12与坩埚轴200进行精准贴合，用以延长坩埚轴200，使得坩埚轴200的各项参数能够方便测量，工装100就位后拆下吊环15；

3.参考图7和图8所示，将工字尺400放置在炉底300上端水平面上，做为测量时的基准，使用深度尺或卷尺测量工装100上端面距工字尺400的轴向尺寸，用以明确坩埚轴200的上、下极限行程，进而确定坩埚的上、下限位。

4.垂直度误差检测：参考图7和图8所示，将框架水平仪500正交架设在靶盘30上，可检测坩埚轴200两正交方向的垂直度误差；

5.平行度误差检测：参考图5和图6所示，将安装盘20通过环形台阶21固定至炉底300的中心孔310处，四个表座22均匀周向吸附在安装盘20的上，每个表座22上均安装百分表23，四个百分表23的测量头231对称搭在百分表测量区13的外圆上，通过上下运动，观察相邻两个正交设置的百分表23，即可检测坩埚轴200与坩埚轴200导轨210的平行度误差，平行度误差检测需检测位于上部和中部的百分表测量区13；

6.径向跳到检测：用两个百分表23的测量头231对称搭在位于中间的百分表测量区13的外圆上，旋转坩埚轴200，观察其中一个百分表23上的数据，即可检测坩埚轴200的径向跳动；

7.对中调试：除了可以用来测量坩埚升降系统的各项数据外，复合工装顶部设有靶盘30，还可以利用复合工装顶部的靶盘30直接进行对中调试，不必拆卸、更换、加置其他工装器具。

根据本实用新型实施例的单晶炉坩埚系统、百分表的其他构成、以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本实用新型中，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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装，其特征在于，包括：

校准轴，所述校准轴的中心开设有轴孔，所述轴孔贯穿所述校准轴的上、下表面，所述校准轴的底部安装在坩埚轴的顶部，所述校准轴的中心轴线与所述坩埚轴的中心轴线重合，所述校准轴由下到上从单晶炉炉底的中心孔中伸出；

安装盘，所述安装盘套设在所述校准轴上，所述安装盘的外径大于所述中心孔的直径，所述安装盘安装在所述单晶炉炉底的中心孔上；

靶盘，所述靶盘安装于所述校准轴的顶部，所述靶盘中心轴线与所述校准轴中心轴线重合。

2.根据权利要求1所述的单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装，其特征在于，所述校准轴的上、下两端和中部分别设有百分表测量区，所述百分表测量区的外径大于所述校准轴的外径。

3.根据权利要求1所述的单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装，其特征在于，所述校准轴的两侧对称可拆卸连接一个吊环，两个所述吊环位于上端的百分表测量区与中部的百分表测量区之间。

4.根据权利要求1所述的单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装，其特征在于，所述轴孔的下端向外扩孔形成连接孔，所述轴孔和所述连接孔均呈圆柱形，所述轴孔的孔径小于所述连接孔的孔径，所述连接孔的孔径与所述坩埚轴相配适。

5.根据权利要求4所述的单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装，其特征在于，所述轴孔的顶部向外扩孔形成圆环状的圆槽，所述圆槽与轴孔同心设置，所述圆槽的外径大于所述轴孔的孔径，所述圆槽的上表面为与校准轴顶部相接触的结合面，所述结合面垂直于校准轴的中心轴线。

6.根据权利要求1所述的单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装，其特征在于，所述轴孔的中部向外扩孔形成圆环状的延伸槽，所述延伸槽与轴孔同心设置，且所述延伸槽的外径大于所述轴孔的孔径，所述轴孔的下端倒圆角。

7.根据权利要求1所述的单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装，其特征在于，所述安装盘的底部中心一体连接环形台阶，所述环形台阶的外径与所述中心孔相适配，所述安装盘下表面与炉底中心孔处上端面相配合。

8.根据权利要求2所述的单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装，其特征在于，所述安装盘上圆周均匀固定不少于两个的表座，所述不少于两个的表座对称设置，每个所述表座上均固定一个百分表，所述百分表用于测量百分表测量区的数据。

9.根据权利要求8所述的单晶炉坩埚系统性能检测及对中复合工装，其特征在于，所述安装盘和靶盘采用铁磁性材料，所述表座为磁吸表座，所述校准轴采用金属材质。