CN104651924B - 管式生长炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管式生长炉，通过简单管式炉体组合而制造出较大温度梯度的方案，包括一个较小圈径的加热炉圈(上炉)，一个较大圈径的加热炉圈(下炉)，梯度区，以及相应的保温隔热材料。解决一些晶体结晶过冷度较大单晶生长所需大温度梯度的问题，大大增加了炉体温度梯度的可调范围，为一些高品质晶体的生长提供新的解决方案。

Description

管式生长炉

技术领域

本发明涉及晶体结晶技术领域，具体涉及一种管式生长炉。

背景技术

一些结晶过冷度较大的晶体如AgGaS2，AgGaSe2等在生长时，要求在晶体生长固液界面所在位置有较大的温度梯度(一般大于30℃)，以抑制组分过冷以及尽可能保证自发成单核生长，其生长炉理想温场曲线如图1所示，图1示出了生长炉的理想温场分布示意图。以往所采用的方法是通过两组加热器为基础的两温区生长炉生长晶体。这种生长炉一般采用保温隔热材料包裹螺旋状电阻丝呈圆柱状结构，上、下炉均为螺旋状电阻线圈、控温热电偶、控温***所组成的相互独立的控温***，上炉控为高温，下炉控为低温，上、下炉的温度差形成温度梯度，要增加温度梯度就必须要提高上炉的温度或者降低下炉的温度，但是根据晶体的生长工艺，高温区与低温区的温度往往只能在一个工艺许可的小范围波动，梯度区一般只有12-15℃/cm的温度梯度，很难达到30℃/cm的温度梯度，造成晶体生长时固液界面温度梯度过小，严重影响晶体质量。该种管式梯度生长炉缺点：1、难以在过渡区形成较大的温度梯度。2、温度梯度的可调范围很小。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种管式生长炉，用于解决一些晶体结晶过冷度较大单晶生长所需大温度梯度的问题。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种管式生长炉，它包括高温区炉圈、低温区炉圈、高温区控温热偶、低温区控温热偶、保温层、上炉型腔和下炉型腔，所述高温区炉圈设置所述上炉型腔内，所述低温区炉圈设置所述低温区炉圈内，所述保温层围在所述上炉型腔和下炉型腔上，所述高温区控温热偶与所述高温区炉圈连接，所述低温区控温热偶与所述低温区炉圈连接。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

根据本发明的一个实施方案，所述保温层为保温棉。

根据本发明的另一个实施方案，所述高温区控温热偶穿过所述保温层与所述高温区炉圈连接。

根据本发明的另一个实施方案，所述低温区控温热偶穿过所述保温层与所述低温区炉圈连接。

根据本发明的另一个实施方案，所述上炉型腔小于所述下炉型腔。

本发明还可以是：

根据本发明的另一个实施方案，所述高温区炉圈和/或低温区炉圈为加热电阻丝缠制而成的管式线圈。

根据本发明的另一个实施方案，所述高温区炉圈与所述低温区炉圈之间存在一个温度梯度区。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明的一种管式生长炉，通过上炉控为高温，下炉控为低温，可在梯度区形成较大的温度梯度，而且可以通过增加上炉温度，减小下炉温度，减小上炉圈径，增大下炉圈径，增大梯度区的温度梯度，还可以通过适当调整梯度区的长度调整其间的温度梯度，因而解决了一些晶体结晶过冷度较大单晶生长所需大温度梯度的问题，并增大了温度的可调范围。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1示出了生长炉的理想温场分布示意图。

图2示出了根据本发明一个实施例的管式生长炉结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－高温区炉圈，2－低温区炉圈，3－高温区控温热偶，4－低温区控温热偶，5－保温层，6－上炉型腔，7－下炉型腔，8－温度梯度区。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图2所示，一种管式生长炉，它包括高温区炉圈1、低温区炉圈2、高温区控温热偶3、低温区控温热偶4、保温层5、上炉型腔6和下炉型腔7，所述高温区炉圈1设置所述上炉型腔6内，所述低温区炉圈2设置所述低温区炉圈2内，所述保温层5围在所述上炉型腔6和下炉型腔7上，所述高温区控温热偶3与所述高温区炉圈1连接，所述低温区控温热偶4与所述低温区炉圈2连接。所述高温区炉圈1与所述低温区炉圈2之间存在一个温度梯度区8。

通过以上管式炉体拼接而制造出较大温度梯度的简单结构，可解决一些晶体结晶过冷度较大单晶生长所需大温度梯度的问题，同时还大大增加了炉体温度梯度的可调范围，为一些高品质晶体的生长提供新的解决方案。

所述上炉型腔6小于所述下炉型腔7，高温区炉圈1也小于低温区炉圈2。

所述保温层5可以为保温棉或其他保温隔热材料。所述高温区控温热偶3穿过所述保温层5与所述高温区炉圈1连接。所述低温区控温热偶4穿过所述保温层5与所述低温区炉圈2连接。所述高温区炉圈1和/或低温区炉圈2为加热电阻丝缠制而成的管式线圈。

另一实施例，一段圈径较小螺旋状加热电阻线圈(上炉)，一段圈径较大螺旋状加热电阻线圈(下炉)，中央的梯度区，***的保温隔热材料，两个控温热电偶，以及一套控温***6个部分组成。所述上炉圈径较小的螺旋状电阻线圈，电阻丝的可通过螺旋缠制或者其他方法制成，电阻丝的粗细、长度、圈径、螺距可根据实际情况进行选择。所述下炉圈径较大的螺旋状电阻线圈，电阻丝的可通过螺旋缠制或者其他方法制成，电阻丝的粗细、长度、圈径、螺距可根据实际情况进行选择。所述整个炉体是用保温隔热材料对上下炉进行圆筒状包裹而成，最终炉体呈圆柱状，包裹保温隔热材料的厚度可根据实际炉体所需要的散热性能进行调节。所述梯度区为上、下炉中央的间隔区域，其不宜太大也不宜太小，太大造成整体温度梯度变小，太小容易造成上、下炉温场相互影响过大导致温度梯度减小。可根据实验晶体生长所需温度梯度以及梯度区长度进行调整。所述圈径较大较小，是指上炉较之下炉圈径小。上、下炉的圈径可通过实际所需温度梯度进行调整，减小上炉圈径或增大下炉的圈径皆可以增大梯度区的温度梯度所述两根控温热电偶偶头分别***上、下炉圈表面处，热电偶所处炉体的位置可以通过实际需求进行调整。热电偶的型号、规格可根据实际实验需求进行选择。所述控温***是通过两个控温热电偶反馈温度进行自主调节，将高低温区控制在一个稳定的温度值。

另一实施例，根据实验需求，将一个长度150mm，圈径40mm，螺距1mm，Φ1.5的炉圈作为上炉，一个长度800mm，圈径76mm，螺距2.5mm，Φ1.5的炉圈作为下炉，梯度区的长度定位30mm，将以上材料组合成一个本发明的大温度梯度炉体，将上炉控温为850℃，下炉控温为400℃，在上炉后端的梯度区可形成一个较大的温度梯度区，其平均温度梯度可达22.5℃/cm，最大温度梯度可达30℃/cm。

另一实施例，一种简易的大温度梯度管式炉体，包括一个较小圈径的电阻加热炉圈(上炉)，一个较大圈径的电阻加热炉圈(下炉)，梯度区，控温***，热电偶，保温隔热材料。上炉或下炉使用的加热电阻丝缠制而成的管式线圈，其圈径较下炉小，其，规格，长度，粗细，圈径，螺距皆可根据实际需求进行调整。上、下炉中只要是圈径一个较大一个较小的管式电阻丝缠制炉体组合，上炉控温为高温，下炉控温为低温，皆属于本发明的涉及范畴。梯度区，其长度应适合，不宜太长太短，但可根据实际实验需求，在适合的范围内进行调整，同时梯度区的长度变化将会造成温度梯度的变化。热电偶能够较精确地回馈反应炉体内温度以及其变化，其规格，长度，接入方式皆可根据实际实验需求进行自行选定。控温***能够通过与热电偶所回馈的温度以及温度变化，将炉体内热偶所在位置的温度控制在一个固定值，但控温***可根据实际的实验需求进行选择。保温隔热材料能够均匀完整包裹上、下炉体，应具备较好的保温隔热性能，但其规格，厚度，长度皆可根据实际的实验需求进行选择和调整。

本发明中上、下炉可为管式结构且同心，位置固定，因此可以保证炉膛内径向和整个温场稳定，有利于晶体的生长。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (4)

1.一种管式生长炉，其特征在于它包括高温区炉圈(1)、低温区炉圈(2)、高温区控温热偶(3)、低温区控温热偶(4)、保温层(5)、上炉型腔(6)和下炉型腔(7)，所述上炉型腔(6)小于所述下炉型腔(7)，所述高温区炉圈(1)设置所述上炉型腔(6)内，所述低温区炉圈(2)设置所述下炉型腔(7)内，所述高温区炉圈(1)与所述低温区炉圈(2)之间存在一个温度梯度区(8)，所述保温层(5)围在所述上炉型腔(6)和下炉型腔(7)上，所述高温区控温热偶(3)与所述高温区炉圈(1)连接，所述低温区控温热偶(4)与所述低温区炉圈(2)连接；所述高温区炉圈(1)和/或低温区炉圈(2)为加热电阻丝缠制而成的管式线圈；高温区炉圈(1)和低温区炉圈(2)的圈径可通过实际所需温度梯度进行调整，通过减小高温区炉圈(1)圈径或增大低温区炉圈(2)的圈径以增大梯度区的温度梯度。

2.根据权利要求1所述的管式生长炉，其特征在于所述保温层(5)为保温棉。

3.根据权利要求1所述的管式生长炉，其特征在于所述高温区控温热偶(3)穿过所述保温层(5)与所述高温区炉圈(1)连接。

4.根据权利要求1所述的管式生长炉，其特征在于所述低温区控温热偶(4)穿过所述保温层(5)与所述低温区炉圈(2)连接。