一种碳化硅晶体生长炉温场调节装置及方法

技术领域

本发明涉及碳化硅晶体生长技术领域，更具体地说，本发明涉及一种碳化硅晶体生长炉温场调节装置及方法。

背景技术

中国专利公开了一种温场可调的碳化硅晶体生长炉，该专利申请号为2022105618823，公开内容为：通过红外测温仪的设置可以实时的对坩埚内部的温度进行监测，当坩埚内部的温度存在异常或需要变化时，可以调节加热器的功率以调节坩埚内的温度，如此便达到了温场可调的效果。

但是无论是针对上述温场调节结构还是目前市面上的温场调节装置来说，均存在以下问题：

1、在使用加热器对坩埚进行加热时，加热器内部会有较大的余热，因此通过调节加热器的功率，难以实现对坩埚温度的快速调节；

2、在上述专利中，通过气缸无法对加热器与坩埚之间的距离进行精准调节，进而会导致温场调节效果较差。

为此，我们提出一种碳化硅晶体生长炉温场调节装置及方法解决上述问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种碳化硅晶体生长炉温场调节装置及方法，通过温度传感器实时监测坩埚内的温度，通过电动推杆推动清理刮板，可以保持透镜片的清洁，通过伺服电机带动螺纹杆转动，螺纹杆通过齿轮带动齿环转动，使四个加热器同时靠近或同时远离坩埚，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳化硅晶体生长炉温场调节装置，包括调节组件，所述调节组件包括转环、齿环、齿轮、两个导向杆、安装环、加热器、四个滑动座、伺服电机、四个螺纹杆、控制盒、透镜片、两个限位杆、温度传感器、清理刮板、电动推杆和控制器；

所述齿环的下表面转动连接于转环的上表面，四个所述滑动座对称螺纹连接于四个螺纹杆的外侧壁，所述滑动座滑动连接于两个导向杆的外侧壁，一个所述螺纹杆的一端固定连接于伺服电机的输出轴，所述齿轮固定连接于螺纹杆的外侧壁，所述齿轮的外侧壁啮合连接于齿环的上表面，所述透镜片固定连接于控制盒的内侧壁，所述温度传感器安装于控制盒的内侧壁，所述清理刮板滑动连接于两个限位杆的外侧壁，所述电动推杆安装于控制盒的后表面，所述控制器安装于控制盒的前表面，所述加热器固定连接于滑动座的上表面。

在一个优选的实施方式中，所述温度传感器位于透镜片的上方，所述限位杆的两端对称固定连接于控制盒的内壁两侧，所述清理刮板的上表面贴合于透镜片的下表面，所述清理刮板与电动推杆的伸缩轴固定连接。

在一个优选的实施方式中，四个所述螺纹杆的相邻端对称转动连接于安装环的外侧壁，所述导向杆的一端对称固定连接于安装环的外侧壁。

在一个优选的实施方式中，所述控制盒的下表面安装有主体组件，所述主体组件包括炉体、拉动气缸、拉杆、坩埚、支撑座、传动电机和通槽；

所述通槽开设于炉体的外侧壁，所述控制盒固定连接于炉体的外侧壁，所述炉体通过通槽与控制盒连通。

在一个优选的实施方式中，所述拉动气缸安装于炉体的上表面，所述拉杆的顶端固定连接于拉动气缸的气缸轴，所述拉杆位于炉体的内部，所述支撑座安装于炉体的内底壁，所述传动电机安装于炉体的下表面。

在一个优选的实施方式中，所述坩埚安装于支撑座的上表面，所述支撑座的下表面固定连接于传动电机的输出轴。

在一个优选的实施方式中，所述转环的外侧壁转动连接于炉体的外侧壁，所述伺服电机安装于炉体的外侧壁，四个所述螺纹杆远离安装环的一端对称转动连接于炉体的内侧壁。

在一个优选的实施方式中，所述安装环转动连接于支撑座的外侧壁顶部，四个所述加热器对称位于坩埚的外侧壁，所述加热器的形状呈弧形，所述温度传感器的位置与坩埚的位置相对应。

另外，本发明还提供了一种碳化硅晶体生长炉温场调节方法，包括以下步骤：

步骤一：将碳化硅原料放入至坩埚内，通过加热器对坩埚进行加热，拉杆底部的碳化硅晶体开始生长，坩埚在加热时，温度传感器对坩埚内的温度进行实时监控；

步骤二：通过电动推杆推动清理刮板，清理刮板沿着限位杆滑动，同时清理刮板对称透镜片表面粘附的杂质进行清洁；

步骤三：当坩埚的温度达到额定值时，温度传感器将信号发送至控制器，控制器则控制伺服电机工作；

步骤四：伺服电机带动一个螺纹杆转动，螺纹杆通过螺纹带动滑动座沿着导向杆滑动，同时滑动座带动一个加热器远离坩埚；

步骤五：同时螺纹杆带动一个齿轮转动，齿轮转动时带动齿环，齿环通过齿牙带动另外三个齿轮，三个齿轮带动另外三个螺纹杆，三个螺纹杆可以同时带动三个滑动座，滑动座带动加热器；

步骤六：此时四个加热器同步向远离坩埚的方向移动，以实现对温场温度的调节。

在一个优选的实施方式中，在步骤二中，清理刮板位于透镜片的下方。

通过采用上述技术方案。

本发明的技术效果和优点：本发明通过温度传感器实时监测坩埚内的温度，通过电动推杆推动清理刮板，可以对透镜片表面的灰尘杂质进行清理，以保证温度监测的准确度，通过伺服电机带动一个螺纹杆转动，一个螺纹杆通过一个齿轮带动转环，转环通过齿牙带动另三个齿轮，可以实现四个螺纹杆的同步转动，螺纹杆带动滑动座，滑动座带动加热器，可以使四个加热器同步靠近或远离坩埚，以实现对温场的精准调节，通过对加热器的位置进行调节，可以实现对温场的快速调节。

附图说明

图1为一种碳化硅晶体生长炉温场调节装置整体结构示意图。

图2为本发明的调节组件与坩埚连接示意图。

图3为本发明的调节组件结构示意图。

图4为本发明图6中的A区放大图。

图5为本发明的清理刮板结构示意图。

图6为本发明的主体组件结构示意图。

附图标记为：101、调节组件；11、转环；12、齿环；13、齿轮；14、导向杆；15、安装环；16、加热器；17、滑动座；18、伺服电机；19、螺纹杆；20、控制盒；21、透镜片；23、限位杆；24、温度传感器；26、清理刮板；27、电动推杆；28、控制器；301、主体组件；31、炉体；32、拉动气缸；33、拉杆；34、坩埚；35、支撑座；36、传动电机；37、通槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参照说明书附图1-5，本发明实施例一的一种碳化硅晶体生长炉温场调节装置，包括调节组件101，调节组件101包括转环11、齿环12、齿轮13、两个导向杆14、安装环15、加热器16、四个滑动座17、伺服电机18、四个螺纹杆19、控制盒20、透镜片21、两个限位杆23、温度传感器24、清理刮板26、电动推杆27和控制器28；

齿环12的下表面转动连接于转环11的上表面，四个滑动座17对称螺纹连接于四个螺纹杆19的外侧壁，滑动座17滑动连接于两个导向杆14的外侧壁，一个螺纹杆19的一端固定连接于伺服电机18的输出轴，齿轮13固定连接于螺纹杆19的外侧壁，齿轮13的外侧壁啮合连接于齿环12的上表面，透镜片21固定连接于控制盒20的内侧壁，温度传感器24安装于控制盒20的内侧壁，清理刮板26滑动连接于两个限位杆23的外侧壁，电动推杆27安装于控制盒20的后表面，控制器28安装于控制盒20的前表面，加热器16固定连接于滑动座17的上表面。

如图4所示，温度传感器24位于透镜片21的上方，限位杆23的两端对称固定连接于控制盒20的内壁两侧，清理刮板26的上表面贴合于透镜片21的下表面，清理刮板26与电动推杆27的伸缩轴固定连接，进而通过清理刮板26可以对透镜片21表面粘附的灰尘在进行清理，以保证温度传感器24可以准确的监测到坩埚34内的温度。

如图2-3所示，四个螺纹杆19的相邻端对称转动连接于安装环15的外侧壁，导向杆14的一端对称固定连接于安装环15的外侧壁，进而通过安装环15和导向杆14可以限定滑动座17的位置。

实施例二

请参阅图1、2、4和6，与实施例一相区别的是：

如图1、2、4和6所示，控制盒20的下表面安装有主体组件301，主体组件301包括炉体31、拉动气缸32、拉杆33、坩埚34、支撑座35、传动电机36和通槽37；

通槽37开设于炉体31的外侧壁，控制盒20固定连接于炉体31的外侧壁，炉体31通过通槽37与控制盒20连通，拉动气缸32安装于炉体31的上表面，拉杆33的顶端固定连接于拉动气缸32的气缸轴，拉杆33位于炉体31的内部，支撑座35安装于炉体31的内底壁，传动电机36安装于炉体31的下表面，坩埚34安装于支撑座35的上表面，支撑座35的下表面固定连接于传动电机36的输出轴，转环11的外侧壁转动连接于炉体31的外侧壁，伺服电机18安装于炉体31的外侧壁，四个螺纹杆19远离安装环15的一端对称转动连接于炉体31的内侧壁，进而当传动电机36带动一个螺纹杆19转动时，通过齿轮13和齿环12的配合，可以使四个螺纹杆19同步转动。

如图2和4所示，安装环15转动连接于支撑座35的外侧壁顶部，四个加热器16对称位于坩埚34的外侧壁，加热器16的形状呈弧形，温度传感器24的位置与坩埚34的位置相对应，进而通过加热器16可以对坩埚34进行加热，以使碳化硅晶体生长。

另外，本发明提供了一种碳化硅晶体生长炉温场调节方法，包括以下步骤：

步骤一：将碳化硅原料放入至坩埚34内，通过加热器16对坩埚34进行加热，拉杆33底部的碳化硅晶体开始生长，坩埚34在加热时，温度传感器24对坩埚34内的温度进行实时监控；

步骤二：通过电动推杆27推动清理刮板26，清理刮板26沿着限位杆23滑动，同时清理刮板26对称透镜片21表面粘附的杂质进行清洁；

步骤三：当坩埚34的温度达到额定值时，温度传感器24将信号发送至控制器28，控制器28则控制伺服电机18工作；

步骤四：伺服电机18带动一个螺纹杆19转动，螺纹杆19通过螺纹带动滑动座17沿着导向杆14滑动，同时滑动座17带动一个加热器16远离坩埚34；

步骤五：同时螺纹杆19带动一个齿轮13转动，齿轮13转动时带动齿环12，齿环12通过齿牙带动另外三个齿轮13，三个齿轮13带动另外三个螺纹杆19，三个螺纹杆19可以同时带动三个滑动座17，滑动座17带动加热器16；

步骤六：此时四个加热器16同步向远离坩埚34的方向移动，以实现对温场温度的调节。

本发明中，控制器28的电性输出端通过继电器分别与伺服电机18和温度传感器24的电性输入端电性连接，控制器28的电性输入端与外界电源连接，用以为伺服电机18和温度传感器24供电；控制器28的型号为：OHR-PR10，温度传感器24的型号为：MIK-AS。

本发明的工作原理是：将碳化硅原料放入至坩埚34内，通过加热器16对坩埚34进行加热，拉杆33底部的碳化硅晶体开始生长，坩埚34在加热时，温度传感器24对坩埚34内的温度进行实时监控，通过电动推杆27推动清理刮板26，清理刮板26沿着限位杆23滑动，同时清理刮板26对称透镜片21表面粘附的杂质进行清洁，当坩埚34的温度达到额定值时，温度传感器24将信号发送至控制器28，控制器28则控制伺服电机18工作，伺服电机18带动一个螺纹杆19转动，螺纹杆19通过螺纹带动滑动座17沿着导向杆14滑动，同时滑动座17带动一个加热器16远离坩埚34，同时螺纹杆19带动一个齿轮13转动，齿轮13转动时带动齿环12，齿环12通过齿牙带动另外三个齿轮13，三个齿轮13带动另外三个螺纹杆19，三个螺纹杆19可以同时带动三个滑动座17，滑动座17带动加热器16，此时四个加热器16同步向远离坩埚34的方向移动，以实现对温场温度的调节。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。