CN210420255U - 晶体生长装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种晶体生长装置，涉及晶体培养设备技术领域，包括上保温筒和下保温筒，下保温筒用于容置坩埚，上保温筒用于形成晶体的生长空间，晶体生长装置还包括：第一加热装置和第二加热装置；第一加热装置设置于下保温筒上，第一加热装置用于对下保温筒内放置的坩埚进行加热，以对坩埚内的原料进行加热；第二加热装置设置于上保温筒内，第二加热装置用于对晶体进行加热。通过第一加热装置控制原料的温度，通过第二加热装置控制晶体的温度，从而可以满足镥铝石榴石系列晶体的各个生长阶段对晶体与熔体之间不同的温度梯度的要求，使得本实用新型提供的晶体生长装置可以生产出镥铝石榴石系列晶体。

Description

晶体生长装置

技术领域

本实用新型涉及晶体培养设备技术领域，尤其是涉及一种晶体生长装置。

背景技术

晶体生长装置是一种用于生产晶体的设备。目前，晶体生长装置一般用于生产普通的钇铝石榴石(YAG)系列晶体，晶体生长装置一般包括托盘、下保温筒、坩埚、上保温筒、炉体、旋转升降机构、籽晶杆、籽晶和电感线圈，下保温筒设置于托盘上，上保温筒设置于下保温筒上，坩埚设置于下保温筒内，电感线圈套设于下保温筒外，旋转升降机构与籽晶杆的一端连接，籽晶杆的另一端连接籽晶，将籽晶穿设在上保温筒，炉体套设于上保温筒和电感线圈外。

当培养晶体时，将用于生长晶体的原料填充至坩埚内，将电感线圈接通电源，使得坩埚加热，此时下保温筒对坩埚具备保温作用，下保温筒向上保温筒传递热量，坩埚也会直接向上辐射热量，使得上保温筒内也具备一定的温度，坩埚内的原料受热融化成熔体，通过旋转升降机构控制籽晶下降至熔体内，然后，通过旋转升降机构慢慢向上提拉籽晶，此时在籽晶上开始生长晶体，使得晶***于上保温筒内。

当采用晶体生长装置生产高熔点大密度的镥铝石榴石(LuAG)系列晶体时，晶体生长分为引晶、放肩、等径生长和收尾几个阶段，生产镥铝石榴石系列晶体时，放肩阶段需要晶体与熔体之间具备较大的温度梯度，等径生长阶段需要晶体与熔体之间具备较小的温度梯度，收尾阶段需要晶体与熔体之间具备较大的温度梯度，然而，采用现有技术中的晶体生长装置培养高熔点大密度的镥铝石榴石系列晶体时，由于上保温筒是通过下保温筒向上传递热量来获得热能的，即上保温筒是与下保温筒的温度同步升高或者同步降低的，因此，现有的晶体生长装置无法满足镥铝石榴石系列晶体的各个生长阶段对晶体与熔体之间不同的温度梯度的要求，导致现有的晶体生长装置无法生产出镥铝石榴石系列晶体。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种晶体生长装置，以解决现有技术中的晶体生长装置无法生产出镥铝石榴石系列晶体的技术问题。

本实用新型提供一种晶体生长装置，包括上保温筒和下保温筒，所述下保温筒用于容置坩埚，所述上保温筒用于形成晶体的生长空间，所述晶体生长装置还包括：第一加热装置和第二加热装置；

所述第一加热装置设置于所述下保温筒上，所述第一加热装置用于对所述下保温筒内放置的坩埚进行加热，以对所述坩埚内的原料进行加热；

所述第二加热装置设置于所述上保温筒内，所述第二加热装置用于对晶体进行加热。

进一步地，所述第一加热装置为电感线圈，所述电感线圈套设于所述下保温筒外；

所述晶体生长装置还包括坩埚，所述坩埚为铱坩埚。

进一步地，所述晶体生长装置还包括炉体，所述下保温筒和所述上保温筒均位于所述炉体内；

所述第一加热装置与所述炉体之间设置有低电阻金属筒，所述低电阻金属筒套设于所述第一加热装置外。

进一步地，所述第二加热装置为电阻加热器。

进一步地，所述第二加热装置呈筒状；

所述上保温筒的底部设置有支撑台，所述支撑台与所述上保温筒的内壁连接，所述第二加热装置安装于所述支撑台上。

进一步地，所述晶体生长装置还包括旋转升降机构和籽晶杆；

所述旋转升降机构与所述籽晶杆的一端连接，所述籽晶杆的另一端用于固定籽晶；

所述籽晶杆用于将所述籽晶穿设在所述第二加热装置，所述旋转升降机构与所述炉体连接。

进一步地，所述上保温筒的筒壁厚度大于所述下保温筒的筒壁厚度。

进一步地，所述下保温筒与所述坩埚之间设置有保温砖层。

进一步地，所述晶体生长装置还包括垫板；

所述下保温筒的底部设置有托盘，所述垫板设置于所述托盘与所述坩埚之间。

进一步地，所述垫板为保温材料制成。

本实用新型提供的晶体生长装置在生产镥铝石榴石系列晶体时，第一加热装置用于对坩埚进行加热，以对坩埚内的原料进行加热，第二加热装置用于对位于上保温筒内的晶体进行加热，因此，通过第一加热装置控制原料的温度，通过第二加热装置控制晶体的温度，从而可以满足镥铝石榴石系列晶体的各个生长阶段对晶体与熔体之间不同的温度梯度的要求，使得本实用新型提供的晶体生长装置可以生产出镥铝石榴石系列晶体。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的晶体生长装置的剖视图；

图2为本实用新型另一实施例提供的晶体生长装置的剖视图；

图3为本实用新型又一实施例提供的晶体生长装置的剖视图；

图4为本实用新型再一实施例提供的晶体生长装置的剖视图。

图标：1-托盘；11-垫板；2-下保温筒；21-第一加热装置；22-保温砖层；3-上保温筒；31-观察口；4-坩埚；5-第二加热装置；6-炉体；7-旋转升降机构；71-籽晶杆；72-籽晶；8-低电阻金属筒。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的晶体生长装置的剖视图。

如图1所示，本实施例提供的晶体生长装置包括上保温筒3和下保温筒2，下保温筒2用于容置坩埚4，上保温筒3用于形成晶体的生长空间，晶体生长装置还包括：第一加热装置21和第二加热装置5；第一加热装置21设置于下保温筒2上，第一加热装置21用于对下保温筒2内放置的坩埚4进行加热，以对坩埚4内的原料进行加热；第二加热装置5设置于上保温筒3内，第二加热装置5用于对晶体进行加热。

第二加热装置5可以为电阻加热器。

上保温筒3和下保温筒2分别通过保温材料制成，比如，通过保温砖堆砌而成，从而当第一加热装置21对坩埚4加热、第二加热装置5对晶体进行加热时，下保温筒2和上保温筒3可以分别对坩埚4内的原料和上保温筒3内的晶体进行保温，减少热量散失。

优选地，上保温筒3和下保温筒2分别通过氧化锆保温砖堆砌而成。

本实施例提供的晶体生长装置在生产镥铝石榴石系列晶体时，第一加热装置21用于对坩埚4进行加热，以对坩埚4内的原料进行加热，第二加热装置5用于对位于上保温筒3内的晶体进行加热，因此，通过第一加热装置21控制原料的温度，通过第二加热装置5控制晶体的温度，使得熔体和晶体的温度分别被第一加热装置21和第二加热装置5控制，从而通过控制第一加热装置21和第二加热装置5来控制熔体与晶体之间的温度梯度，从而可以满足镥铝石榴石系列晶体的各个生长阶段对晶体与熔体之间的不同温度梯度的要求，使得本实施例提供的晶体生长装置可以生产出镥铝石榴石系列晶体。

在生产镥铝石榴石系列晶体时，当需要控制熔体与晶体之间的温度梯度较大时，通过控制第一加热装置21对坩埚4加热温度较高，第二加热装置5停止对晶体加热或者对晶体加热的温度较低，使得下保温筒2内与上保温筒3内的温度差值满足镥铝石榴石系列晶体的生长条件。

进一步地，为了使第一加热装置21可以对坩埚4较好地加热，从而对坩埚4内的原料较好地加热，本实施例提供的晶体生长装置中，如图1所示，第一加热装置21为电感线圈，电感线圈套设于下保温筒2外；晶体生长装置还包括坩埚4，坩埚4为铱坩埚。

电感线圈是利用电磁感应的原理进行工作的器件。当有电流流过一根导线时，就会在这根导线的周围产生一定的电磁场，而这个电磁场的导线本身又会对处在这个电磁场范围内的导线发生感应作用。对产生电磁场的导线本身发生的作用，叫做“自感“，即导线自己产生的变化电流产生变化磁场，这个磁场又进一步影响了导线中的电流；对处在这个电磁场范围的其他导线产生的作用，叫做“互感“。

坩埚4可以为金属坩埚4，以使电感线圈通电后，能够使坩埚4加热，从而对坩埚4内的原料进行加热，使原料融化成熔体。

优选地，坩埚4为铱材料制成的坩埚4，由于采用铱材料制成的坩埚4具备金属特性，能够在电感线圈的作用下加热，并且，采用铱材料生产晶体，不会对晶体造成污染，生产的晶体的纯度更高。

电感线圈套设于下保温筒2外，可以使得铱坩埚加热的更加均匀，从而使得原料受热更加均匀。

图4为本实用新型再一实施例提供的晶体生长装置的剖视图。

进一步地，为了使晶体生长装置在运行过程中更加省电，以节省生产晶体的成本，本实施例提供的晶体生长装置中，如图4所示，晶体生长装置还包括炉体6，下保温筒2和上保温筒3均位于炉体6内；第一加热装置21与炉体6之间设置有低电阻金属筒8，低电阻金属筒8套设于第一加热装置21外。

现有技术中，在第一加热装置21通电时，不仅铱坩埚加热，同时，炉体6也会加热。

炉体6一般采用不锈钢材料制成。

低电阻金属筒8可以为铜材料制成的筒体结构。铜金属的电阻率为1.75*10^-8欧姆·米，而不锈钢的电阻率为7.3*10^-7欧姆·米。

通过在第一加热装置21与炉体6之间设置低电阻金属筒8，低电阻金属筒8将炉体6与第一加热装置21隔开，因此，第一加热装置21通电时，低电阻金属筒8加热，而炉体6不会加热，又由于低电阻金属筒8的电阻率与炉体6的电阻率相比低很多，因此，可以大大节省晶体生长装置运行时的电能，从而节省晶体生长装置生产晶体的成本。

进一步地，为了使第二加热装置5可以对上保温筒3内的晶体平稳地加热，本实施例提供的晶体生长装置中，如图1所示，第二加热装置5为电阻加热器。

电阻加热是指利用电流通过电阻体的热效应，对物料进行电加热的方法。

通过在上保温筒3内设置第二加热装置5，从而对上保温筒3内的晶体温度实现稳定地控制。

进一步地，为了使第二加热装置5可以对上保温筒3内的晶体稳定地加热，且第二加热装置5不会影响晶体生长需要的空间，本实施例提供的晶体生长装置中，如图1所示，第二加热装置5呈筒状；上保温筒3的底部设置有支撑台，支撑台与上保温筒3的内壁连接，第二加热装置5安装于支撑台上。

将第二加热装置5设计成筒状，且上保温筒3的底部沿上保温筒3的内壁设置一圈支撑台，将筒状的第二加热装置5安装于支撑台上，使得第二加热装置5的外壁与上保温筒3的内壁抵接，从而使第二加热装置5尽可能少的占用上保温筒3内的空间，使得晶体在第二加热装置5的筒体内生长，第二加热装置5可以对晶体的加热更加均匀，且不会影响晶体生长需要的空间。

进一步地，为了使晶体生长装置可以采用提拉法较好地生产晶体，本实施例提供的晶体生长装置中，如图1所示，晶体生长装置还包括旋转升降机构7和籽晶杆71；旋转升降机构7与籽晶杆71的一端连接，籽晶杆71的另一端用于固定籽晶72；籽晶杆71用于将籽晶72穿设在第二加热装置5，旋转升降机构7与炉体6连接。

旋转升降机构7与炉体6固定连接。

旋转升降机构7包括升降装置和电机，电机的输出轴与籽晶杆71连接，升降装置与电机连接。

升降装置可以为电动推杆、气压缸或者液压缸。

籽晶72穿设在第二加热装置5时，籽晶72位于筒状第二加热装置5的轴心线上，以使得晶体在籽晶72上生长的更加均匀。

在生产晶体时，首先，通过第一加热装置21通电，使得坩埚4加热，将坩埚4内的原料融化成熔体；然后，控制旋转升降机构7驱动籽晶杆71下降，使得籽晶72进入熔体内；最后，通过控制旋转升降机构7慢慢上升且转动，在籽晶72慢慢上升且转动的过程中，熔体在籽晶72上逐渐长成晶体。

然后，通过第一加热装置21控制熔体的温度，通过第二加热装置5控制晶体的温度，从而满足镥铝石榴石系列晶体的各个生长阶段对晶体与熔体之间不同的温度梯度的要求，使得晶体生长装置可以生产出镥铝石榴石系列晶体。

进一步地，为了使上保温筒3与下保温筒2同时能够对其内部较好地保温，本实施例提供的晶体生长装置中，如图1所示，上保温筒3的筒壁厚度大于下保温筒2的筒壁厚度。

一般情况下，在上保温筒3的侧壁会开设观察口31，从而使得工作人员可以透过观察口31观看上保温筒3内的晶体生长情况。

由于上保温筒3的中部与炉体6内相连通，且上保温筒3的侧壁开设有观察口31，因此，为了避免上保温筒3的上述结构使得上保温筒3内的热能过多的散发至炉体6内，可以将上保温筒3的筒壁厚度设计的比下保温筒2的筒壁厚度更厚一些，以使得上保温筒3与下保温筒2能够对其内部具备基本同样效果地保温作用。

图3为本实用新型又一实施例提供的晶体生长装置的剖视图。

进一步地，为了使晶体生长装置可以对熔体进行较好地保温，避免由于热量散失过度，使得晶体生长装置无法较好地生产晶体的问题，本实施例提供的晶体生长装置中，如图3所示，下保温筒2与坩埚4之间设置有保温砖层22。

保温砖层22可以为氧化锆保温砖堆砌而成。

通过在下保温筒2与坩埚4之间堆砌一圈保温砖层22，以使得晶体生长装置可以对熔体进行更好地保温，从而使得晶体生长装置较好地生产晶体。

图2为本实用新型另一实施例提供的晶体生长装置的剖视图。

进一步地，为了使坩埚4可以平稳地位于下保温筒2与托盘1形成的空间内，本实施例提供的晶体生长装置中，如图2所示，晶体生长装置还包括垫板11；下保温筒2的底部设置有托盘1，垫板11设置于托盘1与坩埚4之间。

垫板11的上表面平整度更佳，从而使得垫板11对坩埚4具备一定的支撑作用，并且，可以使得坩埚4位于垫板11上更加平稳。

进一步地，使晶体生长装置可以对熔体进行较好地保温，避免由于热量散失过度，使得晶体生长装置无法较好地生产晶体的问题，本实施例提供的晶体生长装置中，如图2所示，垫板11为保温材料制成。

垫板11可以为保温砖材料制成，优选地，垫板11为氧化锆保温砖堆砌而成。

通过在托盘1与坩埚4之间堆砌一定厚度的保温砖，不仅可以对坩埚4具备一定的支撑作用，并且可以使晶体生长装置对熔体进行更好地保温，从而使得晶体生长装置较好地生产晶体。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种晶体生长装置，包括上保温筒和下保温筒，所述下保温筒用于容置坩埚，所述上保温筒用于形成晶体的生长空间，其特征在于，所述晶体生长装置还包括：第一加热装置和第二加热装置；

所述第一加热装置设置于所述下保温筒上，所述第一加热装置用于对所述下保温筒内放置的坩埚进行加热，以对所述坩埚内的原料进行加热；

所述第二加热装置设置于所述上保温筒内，所述第二加热装置用于对晶体进行加热。

2.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述第一加热装置为电感线圈，所述电感线圈套设于所述下保温筒外；

所述晶体生长装置还包括坩埚，所述坩埚为铱坩埚。

3.根据权利要求2所述的晶体生长装置，其特征在于，所述晶体生长装置还包括炉体，所述下保温筒和所述上保温筒均位于所述炉体内；

所述第一加热装置与所述炉体之间设置有低电阻金属筒，所述低电阻金属筒套设于所述第一加热装置外。

4.根据权利要求3所述的晶体生长装置，其特征在于，所述第二加热装置为电阻加热器。

5.根据权利要求4所述的晶体生长装置，其特征在于，所述第二加热装置呈筒状；

所述上保温筒的底部设置有支撑台，所述支撑台与所述上保温筒的内壁连接，所述第二加热装置安装于所述支撑台上。

6.根据权利要求5所述的晶体生长装置，其特征在于，所述晶体生长装置还包括旋转升降机构和籽晶杆；

所述旋转升降机构与所述籽晶杆的一端连接，所述籽晶杆的另一端用于固定籽晶；

所述籽晶杆用于将所述籽晶穿设在所述第二加热装置，所述旋转升降机构与所述炉体连接。

7.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述上保温筒的筒壁厚度大于所述下保温筒的筒壁厚度。

8.根据权利要求2所述的晶体生长装置，其特征在于，所述下保温筒与所述坩埚之间设置有保温砖层。

9.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述晶体生长装置还包括垫板；

所述下保温筒的底部设置有托盘，所述垫板设置于所述托盘与所述坩埚之间。

10.根据权利要求9所述的晶体生长装置，其特征在于，所述垫板为保温材料制成。

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