CN219972566U - 一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统，涉及晶体生长设备技术领域，一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统包括筒体、观察镜片和防护镜片，筒体能够倾斜设置在炉体上并与炉体连通，观察镜片和防护镜片均置于筒体内且观察镜片和防护镜片的外周均与筒体的内壁抵接，防护镜片相较于观察镜片更靠近筒体与炉体的连通处。本申请中的防护镜片能够有效地阻挡炉体内产生的氟化氢进入筒体内腐蚀观察镜片，防止观察镜片被腐蚀后产生的化合物污染炉内环境和原料，本申请具有提高观察镜片稳定性的效果。

Description

一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统

技术领域

本申请涉及晶体生长观察设备技术领域，尤其是涉及一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统。

背景技术

炉体的观察窗系统是一种在单晶生长过程中用于观察晶体状态的装置，它通常由一个带有窗口的金属外壳、一个透镜以及一片或多片固定在外壳内部玻璃组成，在单晶生长过程中，晶体会随着炉内温度的变化不断生长，同时会受到机械振动、电磁场等多种因素的影响而产生各种形态的变化。通过观察窗，晶体的生长状态、结构、表面形貌、纯度和其他物理特性等方面的信息都可以得到监测，并及时采取相应的措施来保证单晶生长的稳定性和质量。

传统的观察窗采用硅酸盐玻璃或石英玻璃作为晶体生长的观察窗口，由于氟化物晶体的生长周期相对较长（约在10天以上），导致晶体生长过程中会有少量的氟化氢生成，少量的氟化氢气体与硅酸盐玻璃或石英玻璃反应造成玻璃的腐蚀，使得观察窗口模糊、变薄开裂，导致观察窗难以稳定工作，进一步地，受到炉内高温环境的影响（炉体内温度可达1300℃以上），也加剧了玻璃的腐蚀速度。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种更加稳定的用于氟化物晶体生长的观察窗系统。

本申请提供的一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统采用如下的技术方案：

一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统，包括筒体、观察镜片和防护镜片，所述筒体能够倾斜设置在炉体上并观察炉内情况，所述观察镜片和所述防护镜片均置于所述筒体内且所述观察镜片和所述防护镜片的外周均与所述筒体的内壁抵接，所述防护镜片相较于所述观察镜片更靠近炉体。

由于玻璃被腐蚀以后会产生四氟化硅和水，使得炉体的环境和原料都受到了污染，硅元素的进入会造成炉体中氟化物原料的污染，迫使晶体无法正常生长，进一步地，氟化物晶体还会与水反应生成氧化物，导致产品的透过率下降；

通过采用上述技术方案，防护镜片能够有效地阻挡炉体内的氟化氢腐蚀观察镜片，有利于保护观察镜片，提高观察镜片的稳定性，与此同时，也降低了氟化物与观察镜片反应后产生的氟化硅和水对炉内环境的污染，有利于保障生产出的晶体的质量。

可选的，所述防护镜片由氟化钙晶体制成。

通过采用上述技术方案，由于氟化钙本身不与氟化氢反应，由氟化钙晶体制成的防护镜片能够有效地阻挡氟化物晶体生长时产生的氟化氢气体，降低了氟化氢与观察镜片发生反应导致观察镜片被腐蚀而难以观察炉内情况的可能性，有利于提高观察镜片的稳定性和可靠性。

可选的，所述筒体内设置有支撑环，所述支撑环与所述筒体的内壁固定连接，所述支撑环的数量至少是两个，至少一个所述支撑环与所述观察镜片抵接，至少一个所述支撑环与所述防护镜片的底端抵接。

通过采用上述技术方案，使得观察镜片和防护镜片能够稳定地置于筒体内，降低了受到炉内高温以及气流的影响使得观察镜片和防护镜片从筒体内滑落的可能性，有利于保障观察镜片和防护镜片的正常运行。

可选的，所述防护镜片与相邻两个支撑环之间均设置有密封圈，所述观察镜片与一个相邻所述支撑环之间也设置有所述密封圈,所述密封圈用于密封所述观察镜片与所述筒体抵接的周边区域以及所述防护镜片与所述筒体抵接的周边区域。

通过采用上述技术方案，密封圈能够对防护镜片和观察镜片进行限位，降低防护镜片和观察镜片移动的可能性，使得观察镜片和防护镜片稳定运行，此外，防护镜片与筒体之间以及观察镜片与筒体之间也能够通过密封圈较好地密封，降低高温的状态下微量的氧气或水等气体进入炉体中，使得炉体中氧含量的增加而降低晶体的紫外透过率导致产品质量受到影响的可能性，

可选的，所述筒体外侧设置有输送管道，所述输送管道贯穿与所述观察镜片抵接的支撑环并与所述筒体连通。

通过采用上述技术方案，相关人员能够通过输送管道向观察镜片和防护镜片之间形成的空腔内注入惰性气体，以增加光的透过率，注入惰性气体也降低了由于炉内温度变化时观察镜片发生起雾的现象，提高了成像的清晰程度，有利于相关人员观察炉体内情况。

可选的，所述筒体上连接有潜望CCD，所述潜望CCD能够将炉体内影像显示在显示器上。

在氟化物晶体生长过程中，引晶工艺对晶体生长至关重要，当籽晶与熔体接近时，仅通过观察镜片难以判断籽晶是否与熔体是否接触，接触后熔体和籽晶浑然一体，更是无法辨别，通过采用上述技术方案，采用CCD成像系统，能够呈现更加清晰的观测效果，能够在晶体的引晶阶段通过 CCD观察籽晶与熔体接触的过程状态，以保障相关人员能够根据炉内情况及时作出反应，CCD能够将影像显示在显示器上也降低了相关人员需要持续在炉体旁观测，有利于降低相关人员的工作强度。

可选的，所述筒体上设置有遮光罩，所述遮光罩与所述筒体远离炉体的一端连接，所述潜望CCD嵌设在所述遮光罩上。

通过采用上述技术方案，遮光罩能够有效阻挡除了炉体内以外的光源入射至潜望CCD，降低了其他光源影响潜望CCD的成像效果，有利于保障成像的清晰度。

可选的，所述遮光罩内设置有衰减片，所述衰减片连接在所述潜望CCD靠近所述筒体的一端。

由于炉体内的温度较高使得光的强度比较大，以致于成像效果不够清晰，且对相关人员的双眼也产生了较大的伤害，通过采用上述技术方案，炉内光源入射至衰减片后强度进行了强度显著衰减，有利于清晰成像并降低炉内光源对相关人员的伤害。

可选的，所述观察镜片远离所述防护镜片的一侧连接有增透膜。

通过采用上述技术方案，通过增透膜，使得通过增透膜层两侧反射回去的光线发生干涉，从而相互抵消，减少或消除镜片光线反射，从而提升镜片的透光度，进而增强成像效果，有利于能加清楚地看到晶体生长的细节。

可选的，所述筒体的一端设置有挡板，所述挡板与炉体转动连接，所述挡板能够密封炉体位于所述筒体附近的周边区域。

通过采用上述技术方案，当炉体开始工作时，相关人员可以转动挡板，以将炉体位于筒体的周边区域密封，以降低炉体内产生的氟化氢进入至观察窗系统腐蚀观察镜片的可能性，能够有效延长观察窗的使用寿命。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请中设置有防护镜片，且防护镜片由氟化钙晶体制成，由于氟化钙本身不与氟化氢反应，由氟化钙晶体制成的防护镜片能够有效地阻挡氟化物晶体生长时产生的氟化氢气体，降低了氟化氢与观察镜片发生反应导致观察镜片被腐蚀而难以观察炉内情况的可能性，有利于提高观察镜片的稳定性和可靠性，与此同时，也降低了氟化物与观察镜片反应后产生的氟化硅和水对炉内环境的污染，有利于保障生产出的晶体的质量。

2.本申请中的筒体内设置有密封圈，防护镜片与筒体之间以及观察镜片与筒体之间能够通过密封圈较好地密封，降低高温的状态下微量的氧气或水等气体进入炉体中，使得炉体中氧含量的增加而降低晶体的紫外透过率导致产品质量受到影响的可能性，进一步地，相关人员能够通过输送管道向观察镜片和防护镜片之间形成的空腔内注入惰性气体，以增加光的透过率，注入惰性气体也降低了由于炉内温度变化时观察镜片发生起雾的现象，提高了成像的清晰程度，有利于相关人员观察炉体内情况。

3.本申请中设置有潜望CCD并在潜望CCD上连接有衰减片，能够在晶体的引晶阶段通过潜望CCD观察籽晶与熔体接触的过程状态，以保障相关人员能够根据炉内情况及时作出反应，以保证引晶的正常稳定的进行，从而提高了晶体的生长质量。

附图说明

图1是本申请实施例1中观察窗系统的整体结构示意图。

图2是图1中A部分的局部放大示意图。

图3是本申请实施例2中观察窗系统的整体结构示意图。

图4是本申请实施例3中观察窗系统的整体结构示意图。

图中，1、筒体；2、观察镜片；3、防护镜片；4、支撑环；5、密封圈；6、输送管道；7、潜望CCD；71、传输线；72、信号转换器；73、镜头；8、遮光罩；9、衰减片；10、增透膜；20、挡板；30、转轴；40、阀门；50、氟化钙薄膜；60、炉体；70、水冷通道。

具体实施方式

以下结合附图1-附图4，对本申请作进一步详细说明。

实施例1：

一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统，参照图1，包括筒体1、观察镜片2和防护镜片3，筒体1能够倾斜设置在炉体60上并与炉体60连通，观察镜片2和防护镜片3均置于筒体1内且观察镜片2和防护镜片3的外周均与筒体1的内壁抵接，防护镜片3相较于观察镜片2更靠近筒体1与炉体60的连通处。

参照图1，筒体1上连接有潜望CCD7，潜望CCD7包括依次电连接的传输线71、信号转换器72和镜头73，镜头73与筒体1同轴设置，信号转换器72将镜头73记录的光信号转化成电信号并通过传输线71将电信号输送至显示屏上，以将炉体60内影像显示在显示器上，潜望CCD7的像素在0.3MP-2MP之间，具体地，本实施例1中潜望CCD7的像素为2MP，以更好地观察炉内引晶过程的细节，潜望CCD7的帧率在40-90fps之间，具体地，本实施例1中潜望CCD7的帧率在70fps，以保障在观测过程中不产生拖影或延时现象，捕捉晶体生长过程中的细节。

参照图1，筒体1上设置有遮光罩8，遮光罩8靠近筒体1的一端朝着靠近筒体1轴线方向收束并与筒体1内壁螺纹连接，信号转换器72嵌设在遮光罩8远离筒体1的一端且镜头73置于遮光罩8内，以阻挡炉体60内以外的光源入射至镜头73，具体地，信号转换器72位于遮光罩8远离筒体1的一端中央。

参照图1，遮光罩8内设置有衰减片9，衰减片9连接在镜头73靠近筒体1的一端，以降低炉体60内光源的强度，衰减片9的通过率在0.01%-0.5%(@400nm-1100nm)之间，作为本申请实施例的优选方式，本实施例1中的衰减片9采用镀膜的方式镀制在镜头73上，以通过对潜望CCD7的波段观测的敏感程度进行针对性的衰减，调整起来更加灵活，在其他的实施例中，衰减片9还可以由玻璃片制成并贴设在镜头73上。

参照图1，筒体1的一端设置有挡板20，挡板20与炉体60转动连接，挡板20靠近筒体1的一侧设置有转轴30，转轴30穿过炉体60并与密封板固定连接，密封板能够密封炉体60位于筒体1处的周边区域，作为本申请实施例的优选方式，本实施例1中的密封板由石墨材料制成，在其他的实施例中，密封板还可以由氟化钙晶体或其他材料制成，能够不与炉体60气体反应并阻挡炉内气体进入筒体1内腐蚀观察镜片2即可。

参照图2，筒体1内设置有支撑环4，支撑环4与筒体1的内壁固定连接，作为本申请实施例的优选方式，本实施例1中支撑环4由316不锈钢材质制成，以保障支撑环4的强度，支撑环4的数量至少是两个，作为本实施例的优选方式，本实施例1中支撑环4的数量是两个，两个支撑环4分别与观察镜片2和防护镜片3的底端抵接。

参照图1，与观察镜片2抵接的支撑环4的宽度大于与防护镜片3抵接的支撑环4的宽度，筒体1外侧设置有输送管道6，输送管道6贯穿与观察镜片2抵接的支撑环4并与观察镜片2和防护镜片3之间形成的空腔连通，通过从输送管道6注入惰性气体，以增加光的透过率，使成像更加清晰，作为本申请实施例的优选方式，本实施例1中的惰性气体选用氩气，输送管道6上可拆卸有阀门40，以对气体出入空腔的流速进行调节，具体地，本实施例1中阀门40优选电磁阀，在其他实施例中还可以选用电子膨胀阀。

参照图1，防护镜片3与相邻两个支撑环4之间均设置有密封圈5，观察镜片2与一个相邻支撑环4之间也设置有密封圈5,密封圈5用于密封观察镜片2和防护镜片3与筒体1抵接的周边区域，以避免高温环境下微量的氧气或水进入炉体60中，作为本申请实施例的优选方式，本实施例1中的密封圈5选用氟橡胶密封圈5，以提高密封圈5的耐腐蚀性。

参照图1，观察镜片2由石英玻璃制成，以保障观察镜片2的强度，防护镜片3由氟化钙晶体制成，以阻挡炉体60内产生的氟化氢腐蚀石英玻璃，作为本申请实施例的优选方式，本实施例1中的防护镜片3还可以由不与氟化氢反应的其他材料制成，防护镜片3的两侧进行抛光处理，具体地，本实施例1中防护镜片3的表面光洁度大于20-10，即二级光洁度，在其他的实施例中，防护镜片3的表面光洁度还可以在10-5，即一级光洁度，以提高成像效果；

考虑到氟化钙耐受强度的问题，当筒体1的直径在80mm以下时，选用厚度在8-20mm的防护镜片3，当筒体1的直径大于80mm时，选用厚度大于20mm的防护镜片3，作为本申请实施例的优选方式，本实施例1中筒体1的直径为70mm，防护镜片3的厚度在10-15mm之间，具体地，防护镜片3的厚度为12mm，当观察窗系统使用到4000-5000个小时以后，防护镜片3需要进行退火处理，以减小防护镜片3内部产生的应力，防止氟化钙晶体开裂，提高防护镜片3的稳定性与可靠性；

考虑到氟化钙晶体的解离特点，氟化钙晶体优先选择晶向为[001]的晶体，提高防护镜片3的稳定性，进一步地，为了提高观察镜片2的观测效果，氟化钙晶体的应力双折射光程差小于10nm/cm，在其他实施例中，还可以选用应力双折射光程差小于5nm/cm的氟化钙晶体。

参照图2，观察镜片2远离防护镜片3的一侧镀制有增透膜10，通过提升观察镜片2的透光度以增强成像效果，进一步地，观察镜片2靠近防护镜片3的一侧还镀制有一层高纯度的高纯度氟化钙薄膜50，以阻拦可能穿过防护镜片3的氟化氢气体腐蚀观察镜片2。

本申请实施例1的实施原理为：打开阀门40，向观察镜片2和防护镜片3之间形成的空间内冲入氩气后调节潜望CCD7视野角度，以更好地观察炉内晶体生长情况，光线依次穿过防护镜片3、氩气、观察镜片2和衰减片9后进入至潜望CCD7，潜望CCD7将光信号转换成电信号后能够把炉内情况成像在与其连接的显示屏上以供相关人员观测；

在观测过程中，由于由氟化钙晶体制成的防护镜片3本身不与氟化氢反应，能够有效地阻挡氟化物晶体生长时产生的氟化氢气体，降低了氟化氢与观察镜片2发生反应导致观察镜片2被腐蚀而难以观察炉内情况的可能性，有利于提高观察镜片2的稳定性和可靠性，与此同时，也降低了氟化物与观察镜片2反应后产生的氟化硅和水对炉内环境的污染，有利于保障生产出的晶体的质量。

实施例2：

参照图3，本实施例2与实施例1的区别在于：防护镜片3和观察镜片2均由氟化钙晶体制成。

本申请实施例2的实施原理为：通过改变观察镜片2的材料，使得炉体60内产生的氟化氢难以再腐蚀观察镜片2，阻止了氟化氢腐蚀观察镜片2后产生的化合物污染炉体60内环境和原料的可能性，观察镜片2也不需要再去在镜片两侧镀膜，显著降低了观察镜片2的加工难度。

实施例3：

参照图4，本实施例3与实施例2的区别在于：挡板20和转轴30内开设有水冷通道70，转轴30和挡板20之间通过水冷通道70连通。

本申请实施例3的实施原理为：通过向水冷通道70内注水并使水在水冷通道70内循环流动，以降低观察窗系统所处工作环境的温度，使得观察窗系统受到保护，降低高温环境对观察窗的伤害。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统，其特征在于，包括筒体（1）、观察镜片（2）和防护镜片（3），所述筒体（1）能够倾斜设置在炉体（60）上并与炉体（60）连通，所述观察镜片（2）和所述防护镜片（3）均置于所述筒体（1）内且所述观察镜片（2）和所述防护镜片（3）的外周均与所述筒体（1）的内壁抵接，所述防护镜片（3）相较于所述观察镜片（2）更靠近所述筒体（1）与炉体（60）的连通处。

2.根据权利要求1所述的一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统，其特征在于，所述防护镜片（3）由氟化钙晶体制成。

3.根据权利要求1所述的一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统，其特征在于，所述筒体（1）内设置有支撑环（4），所述支撑环（4）与所述筒体（1）的内壁固定连接，所述支撑环（4）的数量至少是两个，至少一个所述支撑环（4）与所述观察镜片（2）抵接，至少一个所述支撑环（4）与所述防护镜片（3）的底端抵接。

4.根据权利要求3所述的一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统，其特征在于，所述防护镜片（3）与相邻两个支撑环（4）之间均设置有密封圈（5），所述观察镜片（2）与一个相邻所述支撑环（4）之间也设置有所述密封圈（5）,所述密封圈（5）用于密封所述观察镜片（2）与所述筒体（1）抵接的周边区域以及所述防护镜片（3）与所述筒体（1）抵接的周边区域。

5.根据权利要求3所述的一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统，其特征在于，所述筒体（1）外侧设置有输送管道（6），所述输送管道（6）贯穿与所述观察镜片（2）抵接的支撑环（4）并与所述筒体（1）连通。

6.根据权利要求1所述的一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统，其特征在于，所述筒体（1）上连接有潜望CCD（7），所述潜望CCD（7）能够将炉体（60）内影像显示在显示器上。

7.根据权利要求6所述的一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统，其特征在于，所述筒体（1）上设置有遮光罩（8），所述遮光罩（8）与所述筒体（1）远离炉体（60）的一端连接，所述潜望CCD（7）嵌设在所述遮光罩（8）上。

8.根据权利要求7所述的一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统，其特征在于，所述遮光罩（8）内设置有衰减片（9），所述衰减片（9）连接在所述潜望CCD（7）靠近所述筒体（1）的一端。

9.根据权利要求1所述的一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统，其特征在于，所述观察镜片（2）远离所述防护镜片（3）的一侧连接有增透膜（10）。

10.根据权利要求1所述的一种用于氟化物晶体生长的观察窗系统，其特征在于，所述筒体（1）的一端设置有挡板（20），所述挡板（20）与炉体（60）转动连接，所述挡板（20）能够密封炉体（60）位于所述筒体（1）附近的周边区域。