CN2559657Y - 一种双控温晶体生长炉 - Google Patents

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林州斌
胡祖树
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Abstract

一种双控温晶体生长炉用于熔盐法生长晶体技术中，用来精确控制晶体生长温度，使晶体能在特定的温度区间和温度梯度内良好生长。这种晶体生长炉由上下两个不同的加热系统组成，两个加热系统的发热体均可采用镍－铬丝或硅碳棒，两个加热系统之间由耐火保温材料隔开，其温度分别由两个独立的温度控制仪控制。在晶体生长中，可根据需要调节两个控温仪的控温速率，使晶体生长在所需的温度和合适的温度梯度内进行。该双控温晶体生长炉结构简单，设计合理，易于操作，适应多种生长条件，控温效果理想。

Description

一种双控温晶体生长炉
一种双控温晶体生长炉，涉及晶体生长技术领域，尤其是涉及采用熔盐法来生长晶体的一种生长炉用装置。
一种双控温晶体生长炉，熔盐法(助熔剂法)是人工晶体生长中普遍应用的一种生长方法。它通常采用将所需生长晶体的组成物质熔于一合适的助熔剂中，通过缓慢降温来得到所需的晶体。在熔盐法生长晶体的过程中，温度控制和温场控制是最重要的因素，降温速率的快慢和温度控制的精度以及温场控制精度的确定，对晶体生长尤为重要。
目前，在熔盐法生长晶体装置中，普遍采用单控温的生长炉。尽管单控温生长炉有制作简单、使用方便等优点，但它也存在使用范围窄、控温难和难于控制温度梯度等缺点，其只能用于顶部籽晶法(即籽晶下到熔体表面上)生长晶体中，在一些特殊生长方法(如：中部籽晶法)中难于应用。
一种双控温晶体生长炉，设计本实用新型的目的是将单控温装置改为两段控温，采用两个独立的控温仪来分别控制两个加热元件，通过控制两个加热器的加热速率、降温速率和恒温温度，来获得合适的炉膛温场和温度梯度。另外，还可以调节底座的高度，使坩锅处于一个合适的位置，使晶体生长在所需的温度区间和合适的温度梯度内进行，保证所生长的晶体质量和尺寸。
本实用新型的具体结构由附图给出，其构造特征是：整个双控温晶体生长炉由加热系统(2)和(4)组成，两个加热器由两个独立的控温仪控制温度，加热器的加热材料都可同时采用镍-铬丝或硅碳棒，或一个为镍-铬丝，一个为硅碳棒，加热器的高度可根据需要采用一样或不同的数值；两个加热器中间由氧化铝泡沫砖或其它耐火保温材料组成的隔热层(3)隔开，以尽量减少两个加热系统之间的相互影响，隔热层的高度可根据需要，在2cm至20cm之间调节；炉膛底部可根据实验需要放置不同高度的氧化铝泡沫砖或其它耐火材料垫块(5)，其高度可根据晶体生长需要，在高于加热器(4)的上部5cm至低于上部3cm之间调节，坩埚则放置在垫块(5)上；(1)为晶体转动装置，其转速可根据实验需要加以调节；(6)和(7)为两个加热系统的热电偶位置，热电偶可使用铂—铂铑或双铂铑热电偶。整个炉子内部其它部位由氧化铝泡沫砖或其它耐火材料填充满，以保证炉子的热场稳定，炉子的外壳可用不锈钢或硬铝板等材料制成，其外型可为方块状或为圆柱状，尺寸可根据生长需要确定。
我们测定了该双控温晶体生长炉的炉内温场，结果表明在炉膛尺寸一样的情况下，双控温晶体生长炉的恒温区比单控温炉多了3～5cm，而且其整个炉膛的温度梯度可根据实验需要进行调节，其温度梯度的分布往往呈两头高、中间低的态势，其温差可在2～20℃之间调节。而单控温炉的温度梯度往往呈两头低中间高的趋势，其上下温差往往在5℃左右。经过我们实验室一年多的使用，证明了该双控温晶体生长炉的使用效果较为理想。由于该双控温晶体生长炉结构简单、易于操作、使用效果理想，因而采用本发明后，使晶体生产过程中晶体的生长温度和温度梯度更加容易控制，所生长晶体的质量有所提高，晶体尺寸变厚，并且该双控温晶体生长炉还可应用于一些特殊晶体的生长中。
一种双控温晶体生长炉，附图即是本实用新型的结构示意图，其中(1)是晶体转动装置、(2)是上加热器、(3)是加热器隔离层、(4)是下加热器、(5)是坩锅垫座、(6)是下加热器热电偶、(7)是上加热器热电偶。
一种双控温晶体生长炉，下面给出一个优选的实施方案：我们将双控温晶体生长炉应用于熔盐法生长新型自倍频激光晶体掺钕的硼酸钆铝(NGAB)的实验中，坩锅垫座为15cm高的氧化铝泡沫砖，两个加热器材料均采用镍—铬电阻丝，加热器的高度均为12cm，中间的隔离带为6cm，热电偶分别位于两个加热器的中间位置。按照附图所示放置坩锅，在K2MoO4助熔剂中，采用中部籽晶法(即籽晶下到熔体的中部，晶体在籽晶的两头同时生长)进行生长实验，上部控温温度为从1085→1003℃，降温速率为2℃/天；下部控温温度为从1082→1000℃，降温速率为2℃/天(经检测，此时炉膛中部位置的温度较两端低10℃)。历时41天，实验结束后，得到了30×32×25mm3的透明的NGAB晶体。而用单控温的生长炉，采用顶部籽晶法，按相同条件进行生长实验时，得到的是25×28×21mm3的NGAB晶体。

Claims (5)

1.一种双控温晶体生长炉，其特征在于：该生长炉由晶体转动装置(1)、加热器(2)、隔热层(3)、加热器(4)、底座(5)、下加热器热电偶(6)和上加热器热电偶(7)组成，通过控制加热器(2)和(4)的不同升降温速率，来获得不同的生长温度区间，使适合于多种晶体生长条件的需要。
2.如权利要求1所述的双控温晶体生长炉，其特征在于：所述的加热器(2)和(4)是由两个独立的控温仪来控制温度的，两个加热器的加热材料都可同时采用镍-铬丝或硅碳棒，或一个为镍-铬丝，一个为硅碳棒，加热器的高度可根据需要采用一样或不同的数值。
3.如权利要求1所述的双控温晶体生长炉，其特征在于：所述的隔热层(3)由氧化铝泡沫砖或其他耐火保温材料组成，其高度可根据晶体生长需要，在2cm至20cm之间调节。
4.如权利要求1所述的双控温晶体生长炉，其特征在于：所述的底座(5)由氧化铝泡沫砖或其他耐火保温材料组成，其高度可根据晶体生长需要，在高于加热器(4)的上部5cm至低于上部3cm之间调节。
5.如权利要求1所述的双控温晶体生长炉，其特征在于：该晶体生长炉的外壳是用不锈钢或硬铝板制成，其外部形状可为方块状或为圆柱状，尺寸可根据生长需要而确定。
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