CN114457413A - 一种晶体生长设备及晶体生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体生长设备及晶体生长方法,该晶体生长设备包括机架,机架上设置有生长炉,生长炉的内部形成有用于营造晶体生长环境的加热区,生长炉上开设有出料口,机架上滑移设置有坩埚,坩埚呈长管状,且坩埚呈倾斜或水平设置,坩埚的开口朝向生长炉且与出料口插接滑移配合,且坩埚的滑移方向与自身长度方向平行,机架上设置有用于驱动坩埚滑移的驱动组件。该晶体生长方法包括以下步骤:将生长超长晶体的原料混合后倒入坩埚中;移动导料板,将坩埚移入加热区内;加热区将原料融化成液体,然后利用导料板将坩埚慢慢移出加热区,液体冷却凝固,形成晶体。本申请有助于改善超大晶体在生长过程中坩埚变形及漏液的情况。
Description
技术领域
本发明涉及晶体生长技术的领域,尤其是涉及一种晶体生长设备及晶体生长方法。
背景技术
晶体生长是指将晶体原料经过物理手段融化,然后再进行重组提拉,形成所需晶体的过程。
现有技术中采用纵向提拉法进行超长晶体生长作业,首先将原料放入坩埚内,然后将坩埚放置进生长炉内,生长炉对原料进行加热,使其变成液态,而后进行晶体生长作业,由于生长的是超长晶体,相较普通晶体,所需的原料较多,当其变成液态时,液体重量全部压在坩埚底部,导致底部压强过大,易导致坩埚变形及漏液风险,存在改进之处。
发明内容
为了改善超大晶体在生长过程中,坩埚底部压力过大难以承受,导致坩埚变形即漏液的情况,本申请提供一种晶体生长设备及晶体生长方法。
本发明提供的一种晶体生长设备采用如下的技术方案:
一种晶体生长设备,包括机架,所述机架上设置有生长炉,所述生长炉的内部形成有用于营造晶体生长环境的加热区,所述生长炉上开设有出料口,所述机架上滑移设置有坩埚,所述坩埚呈长管状,且所述坩埚呈倾斜或水平设置,所述坩埚的开口朝向生长炉且与出料口插接滑移配合,且所述坩埚的滑移方向与自身长度方向平行,所述机架上设置有用于驱动坩埚滑移的驱动组件。
通过采用上述技术方案,将坩埚倾斜或水平设置,使得原料融化后,不会全部堆积在坩埚的底壁上,即有助于改善超大晶体在生长过程中,坩埚底部压力过大难以承受,导致坩埚变形及漏液的情况。
优选的,所述机架上倾斜设置有出料轨道,所述出料轨道的倾斜方向与坩埚的倾斜方向平行,且所述出料轨道的较高侧与出料口相连通,所述出料轨道内滑移设置有导料板,所述坩埚固定在导料板上,所述驱动组件驱动导料板滑移。
通过采用上述技术方案,在晶体生长过程中,利用驱动组件驱动导料板移动,使得导料板在出料轨道上沿远离出料口慢慢移动,即实现坩埚向远离出料口的一侧滑移,使得超长晶体逐渐生长成型。
优选的,所述驱动组件包括
丝杠,呈倾斜设置,倾斜方向与出料轨道的倾斜方向平行,与机架转动连接;
蜗轮蜗杆机构,与丝杠同轴固定;
驱动件,设置在机架上,与蜗轮蜗杆机构中的蜗杆传动连接,
所述丝杠上螺纹连接有螺母座,所述导料板与螺母座固定连接。
通过采用上述技术方案,利用驱动件驱动蜗轮蜗杆机构运转,带动丝杠进行转动,进而使得导料板通过螺母在出料轨道上滑移,利用丝杠传动,有助于提高导料板的运动稳定性,且有助于使导料板的移动速度,适应超长晶体的生长。
优选的,所述机架上倾斜设置有导向杆,所述导向杆的倾斜方向与丝杠的倾斜方向平行,所述螺母座上开设有导向槽,所述导向杆与导向槽插接滑移配合。
通过采用上述技术方案,利用导向杆和导向槽插接滑移配合,有助于提高导料板在移动时的稳定性,进而有助于提高坩埚在移动时的稳定性。
优选的,所述驱动件设置为手轮,所述机架上转动连接有第一齿轮,所述蜗轮蜗杆机构中蜗杆的端部同轴固定有第二齿轮,所述第一齿轮和第二齿轮上绕设有链条,所述手轮驱动第一齿轮转动。
通过采用上述技术方案,利用手轮控制蜗轮蜗杆,带动导料板移动,实现坩埚的移动。
优选的,所述驱动件设置为驱动电机,所述驱动电机与蜗轮蜗杆机构传动连接。
通过采用上述技术方案,利用驱动电机驱动蜗轮蜗杆机构,实现导料板的运动,快捷方便。
优选的,所述机架上升降设置有指示件,所述机架上设置有刻度尺,所述刻度尺的刻度沿竖直方向分布,所述机架上升降设置有用于指示刻度尺上刻度的指示件,所述指示件和导料板上连接有连接绳,所述连接绳靠近导料板一侧的长度方向与导料板的滑移方向平行,当所述导料板向远离出料口的一侧移动时,所述指示件下降;当所述导料板相靠近出料口的一侧移动时,所述指示件上升。
通过采用上述技术方案,指示件随着导料板的移动进行升降,在其升降过程中,利用指示件指示刻度尺,即可得知导料板的移动距离,即可得知超长晶体的生长长度情况。
优选的,所述机架上设置有安装板,所述驱动组件、出料轨道和生长炉均安装在安装板上,所述安装板远离生长炉的一端与机架转动连接,所述机架上设置有用于驱动安装板转动的转动件,所述安装板与水平面的角度范围为[0°,90°)。
通过采用上述技术方案,利用转动间件驱动安装板在0到90度之间且不包括90度进行转动,即实现了坩埚的水平或倾斜状态,根据超长晶体长度的不同,调整坩埚的倾斜程度,有助于降低晶体生长过程中的开裂和位错现象,即有助于提高晶体的质量。
本申请提供了一种晶体生长方法,包括以下步骤:
(1)将生长超长晶体的原料混合后倒入倾斜或水平状的坩埚中;
(2)移动导料板,将坩埚移入加热区内;
(3)加热区将原料融化成液体,然后利用导料板将坩埚慢慢移出加热区,液体冷却凝固,形成晶体。
通过采用上述技术方案,将坩埚呈倾斜或水平设置,原料经加热区融化成液体后,不会全部堆积在坩埚的底部即有助于改善超大晶体在生长过程中,坩埚底部压力过大难以承受,导致坩埚变形及漏液的情况。
优选的,步骤(3)中导料板移动过程中,通过指示件读出导料板的移动距离,即可得知晶体的生长长度。
通过采用上述技术方案,根据导料板的移动距离,得知晶体的生长长度,有助于工作人员实时监控晶体的生长状况。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
将坩埚呈水平或倾斜设置,当原料经加热区融化成液体后,不会全部堆积在坩埚的底部,即有助于改善超大晶体在生长过程中,坩埚底部压力过大难以承受,导致坩埚变形及漏液的情况;
借助丝杠传动和导向杆的导向,有助于提高导料板在移动时的稳定性,进而有助于提高坩埚在移动时的稳定性,即有助于提高晶体生长的稳定性;
通过转动件,驱动安装板转动,根据所需超长晶体的长度,调整坩埚的倾斜角度至最佳的设定角度,有助于降低晶体生长过程中的开裂和位错现象,即有助于提高晶体的质量,另外,在晶体不断生长过程中,可通过指示件和刻度尺,得知晶体的生长长度,进而利用转动件调节坩埚的倾斜角度,即调节成型晶体的倾斜角度,防止倾斜角度过大,晶体出现开裂损坏。
附图说明
图1为本申请实施例一的整体结构示意图;
图2为本申请实施例一的部分结构示意图,主要体现驱动组件的结构;
图3为本申请实施例二的部分结构示意图,主要体现驱动组件的结构;
图4为本申请实施例三的整体结构示意图,主要体现液压杆的结构;
图5为本申请实施例一种晶体生长方法的流程示意图。
附图标记:1、机架;11、第一齿轮;12、导向杆;13、安装板;2、生长炉;21、出料口;3、坩埚;4、驱动组件;41、丝杠;411、螺母座;42、蜗轮蜗杆机构;421、第二齿轮;43、驱动件;5、出料轨道;51、保温板;52、输送辊;6、导料板;7、链条;8、导向块;81、导向槽;9、计量杆;91、刻度尺;92、指示块;10、连接绳;20、液压缸。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种晶体生长设备。
实施例1,
参照图1,一种晶体生长设备包括机架1,机架1上固定安装有生长炉2,生长炉2呈长方体状,且生长炉2内形成有用于营造晶体生长环境的加热区,生长炉2呈倾斜或水平设置,机架1上滑移设置有坩埚3,坩埚3呈长管状设置且为陶瓷材质,用于盛放晶体生长的原料,坩埚3呈倾斜或水平设置,本申请实施例中,生长炉2和坩埚3均呈倾斜设置,且倾斜方向一致,生长炉2的较低侧开设有出料口21,坩埚3的开口朝向生长炉2且与出料口21插接滑移配合,其中坩埚3的滑移方向与自身长度方向一致,机架1上还设置有用于驱动坩埚3进行滑移运动的驱动组件4。
实际中,将原料放置在坩埚3内,然后利用驱动组件4将坩埚3移入生长炉2内,经过高温融化后原料成为液体态,再利用驱动组件4驱动坩埚3沿远离生长炉2的一侧进行滑移,使得液体逐渐冷却凝固,成型晶体,由于坩埚3呈倾斜设置,因此液体不会全部堆积在坩埚3的底部,即有助于改善超大晶体在生长过程中,坩埚3底部压力过大难以承受,导致坩埚3变形及漏液的情况。
参照图1,机架1上沿坩埚3的倾斜方向固定安装有呈凵状的出料轨道5,出料轨道5的较高侧与出料口21相连通,且出料轨道5靠近出料口21一侧的开口处搭设有保温板51,保温板51采用高温耐火砖,出料轨道5的底壁上铺设有输送辊52,输送方向与出料轨道5的倾斜方向平行,出料轨道5内设置有导料板6,导料板6利用输送辊52滑移在出料轨道5内,其中,坩埚3固定安装在导料板6上。
参照图1和图2,驱动组件4包括丝杠41、蜗轮蜗杆机构42和驱动件43,丝杠41转动连接在机架1上且位于出料轨道5的上方,丝杠41的长度方向与出料轨道5的长度方向平行,即丝杠41呈倾斜设置,且与出料轨道5的倾斜方向平行,丝杠41上螺纹连接有螺母座411,导料板6与螺母座411之间通过连杆固定连接,蜗轮蜗杆机构42中的蜗杆转动连接在机架1上,且蜗轮蜗杆中的蜗轮与丝杠41同轴固定,机架1上通过联动轴转动连接有第一齿轮11,蜗轮蜗杆机构42中蜗杆的端部上固定有第二齿轮421,第一齿轮11和第二齿轮421上绕设有链条7,使得第一齿轮11和第二齿轮421同步运动,驱动件43设置为手轮,手轮固定在联动轴上,用于驱动第一齿轮11转动。
实际中,在晶体的生长过程中,转动手轮,使得第一齿轮11转动,再通过链条7带动第二齿轮421转动,使得蜗轮蜗杆机构42运转,带动丝杠41进行转动,进而带动螺母座411进行运动,即带动导料板6在输送辊52上滑移运动,进而使得晶体逐渐成型。
另外,参照图1,机架1上固定有导向杆12,导向杆12的长度方向与丝杠41的长度方向平行,即导向杆12呈倾斜设置,且倾斜方向与丝杠41的倾斜方向平行,螺母座411上焊接有导向块8,导向块8上开设有与导向杆12插接滑移配合的导向槽81,利用导向杆12和导向槽81的插接滑移配合,有助于提高导料板6在移动时的稳定性。
参照图1,机架1远离生长炉2的一侧竖直固定有计量杆9,计量杆9上胶粘有刻度尺91,刻度尺91上的刻度呈竖直分布,计量杆9上升降设置有指示件,指示件设置为指示块92,用于指示刻度尺91上的刻度,其中指示块92和导料板6之间通过连接绳10固定连接,连接绳10靠近导料板6一侧的长度方向与导料板6的长度方向平行,连接绳10靠近指示块92一侧的长度方向呈竖直设置,其中,机架1上固定有多个滑轮,连接绳10绕设在滑轮上,实现其自身方向的改变。
当导料板6在移动时,连接绳10会导料板6进行运动,且移动距离与导料板6的移动距离相同,即指示块92在竖直方向上的移动距离与坩埚3的移动距离相同,在晶体生长过程中,利用刻度尺91读出指示块92的移动距离,即可知道晶体生长的长度情况。
本申请实施例一种晶体生长设备的实施原理为:在晶体的实际生长过程中,将原料放入坩埚3内,然后利用导料板6将坩埚3运入生长炉2内,待原料融化成液体后,转动手轮,使得丝杠41转动,进而使得螺母座411带动导料板6在出料轨道5上进行移动,利用丝杠41传动的方式,使得导料板6能够缓慢移动,提高导料板6的移动稳定性,且螺母座411和导料板6之间通过连杆连接,当在安装过程中,丝杠41的倾斜方向与出料轨道5有误差时,利用连杆运动,可保证导料板6始终稳定移动;在导料板6移动的过程中,可通过刻度尺91读出指示块92的移动距离,即可知道晶体的生长长度;最后液体慢慢冷却凝固,晶体成型,此过程中,坩埚3呈倾斜或水平设置,原料融化后,不会全部堆积在坩埚3的底壁上,即有助于改善超大晶体在生长过程中,坩埚3底部压力过大难以承受,导致坩埚3变形及漏液的情况。
实施例2,
参照图3,本实施例与实施例1的不同之处在于,驱动件43设置为驱动电机,驱动电机固定安装在机架1上,第一齿轮11同轴固定在驱动电机的输出轴上,第一齿轮11与第二齿轮421啮合传动,本申请实施例中未设置链条7。
实施例2的实施原理为:利用驱动电机驱动蜗轮蜗杆机构42转动,省力方便,且有助于保证导料板6移动的连续性,有助于晶体的均匀生长,其中,导车移动速度为0.8~1.2mm/h。
实施例3,
参照图4,本实施例与实施例1、实施例2的不同之处在于,机架1上转动连接有安装板13,其中,驱动组件4、出料轨道5和生长炉2均安装在安装板13上,其中丝杆转动连接在安装板13上,且生长炉2、出料轨道5和坩埚3的倾斜角度与安装板13的角度一致,安装板13远离生长炉2的一侧与机架1铰接,实现安装板13与机架1的转动连接,其中,安装板13与水平面的角度范围为[0°,90°),机架1上设置有液压缸20,液压缸20的一端与安装板13靠近生长炉2的一侧铰接,液压缸20的另一端与机架1铰接。
实施例3的实施原理为:当对超长晶体的生长长度要求不同时,通过液压缸20调节安装板13的倾斜角度,进而改变坩埚3的倾斜角度,使得倾斜角度为晶体生长的最佳角度,有助于降低晶体生长过程中的开裂和位错现象,即有助于提高晶体的质量。
参照图5,本申请实施例还公开一种晶体生长方法,采用上述任一实施例中的晶体生长设备进行晶体生长,其生长方法包括以下步骤:
(1)将用于生长晶体的原料混合后倒入倾斜或水平状的坩埚3中;
(2)移动导料板6,使得坩埚3进入加热区进行加热融化;
(3)原料融化成液体后,再移动导料板6,使得坩埚3慢慢远离加热区,液体逐渐冷却凝固,成型晶体,此过程中,通过观察指示块92在刻度尺91上的移动距离,即可得知导料板6的移动距离,即可知道晶体的生长长度。
本申请晶体生长方法的工作原理为:先将用于生长晶体的原料混合后倒入倾斜或水平状的坩埚3中,再移动导料板6,使得坩埚3进入加热区进行加热融化,原料融化成液体后,再移动导料板6,使得坩埚3慢慢远离加热区,液体逐渐冷却凝固,进而成型晶体。
以上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,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)
1.一种晶体生长设备,其特征在于:包括机架(1),所述机架(1)上设置有生长炉(2),所述生长炉(2)的内部形成有用于营造晶体生长环境的加热区,所述生长炉(2)上开设有出料口(21),所述机架(1)上滑移设置有坩埚(3),所述坩埚(3)呈长管状,且所述坩埚(3)呈倾斜或水平设置,所述坩埚(3)的开口朝向生长炉(2)且与出料口(21)插接滑移配合,且所述坩埚(3)的滑移方向与自身长度方向平行,所述机架(1)上设置有用于驱动坩埚(3)滑移的驱动组件(4)。
2.根据权利要求1所述的一种晶体生长设备,其特征在于:所述机架(1)上倾斜设置有出料轨道(5),所述出料轨道(5)的倾斜方向与坩埚(3)的倾斜方向平行,且所述出料轨道(5)的较高侧与出料口(21)相连通,所述出料轨道(5)内滑移设置有导料板(6),所述坩埚(3)固定在导料板(6)上,所述驱动组件(4)驱动导料板(6)滑移。
3.根据权利要求2所述的一种晶体生长设备,其特征在于:所述驱动组件(4)包括:
丝杠(41),呈倾斜设置,倾斜方向与出料轨道(5)的倾斜方向平行,与机架(1)转动连接;
蜗轮蜗杆机构(42),与丝杠(41)同轴固定;
驱动件(43),设置在机架(1)上,与蜗轮蜗杆机构(42)中的蜗杆传动连接,
所述丝杠(41)上螺纹连接有螺母座(411),所述导料板(6)与螺母座(411)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种晶体生长设备,其特征在于:所述机架(1)上倾斜设置有导向杆(12),所述导向杆(12)的倾斜方向与丝杠(41)的倾斜方向平行,所述螺母座(411)上开设有导向槽(81),所述导向杆(12)与导向槽(81)插接滑移配合。
5.根据权利要求3所述的一种晶体生长设备,其特征在于:所述驱动件(43)设置为手轮,所述机架(1)上转动连接有第一齿轮(11),所述蜗轮蜗杆机构(42)中蜗杆的端部同轴固定有第二齿轮(421),所述第一齿轮(11)和第二齿轮(421)上绕设有链条(7),所述手轮驱动第一齿轮(11)转动。
6.根据权利要求3所述的一种晶体生长设备,其特征在于:所述驱动件(43)设置为驱动电机,所述驱动电机与蜗轮蜗杆机构(42)传动连接。
7.根据权利要求2所述的一种晶体生长设备,其特征在于:所述机架(1)上升降设置有指示件,所述机架(1)上设置有刻度尺(91),所述刻度尺(91)的刻度沿竖直方向分布,所述机架(1)上升降设置有用于指示刻度尺(91)上刻度的指示件,所述指示件和导料板(6)上连接有连接绳(10),所述连接绳(10)靠近导料板(6)一侧的长度方向与导料板(6)的滑移方向平行,当所述导料板(6)向远离出料口(21)的一侧移动时,所述指示件下降;当所述导料板(6)相靠近出料口(21)的一侧移动时,所述指示件上升。
8.根据权利要求2所述的一种晶体生长设备,其特征在于:所述机架(1)上设置有安装板(13),所述驱动组件(4)、出料轨道(5)和生长炉(2)均安装在安装板(13)上,所述安装板(13)远离生长炉(2)的一端与机架(1)转动连接,所述机架(1)上设置有用于驱动安装板(13)转动的转动件,所述安装板(13)与水平面的角度范围为[0°,90°)。
9.一种晶体生长方法,其特征在于:其根据权利要求1-8任一项所述的晶体生长设备进行晶体生长,其生长方法包括以下步骤:
(1)将生长超长晶体的原料混合后倒入倾斜或水平状的坩埚(3)中;
(2)移动导料板(6),将坩埚(3)移入加热区内;
(3)加热区将原料融化成液体,然后利用导料板(6)将坩埚(3)慢慢移出加热区,液体冷却凝固,形成晶体。
10.根据权利要求9所述的一种晶体生长方法,其特征在于:步骤(3)中导料板(6)移动过程中,通过指示件读出导料板(6)的移动距离,即可得知晶体的生长长度。
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