CN114457413A - 一种晶体生长设备及晶体生长方法 - Google Patents

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

一种晶体生长设备及晶体生长方法

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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