一种下降法晶体生长装置

技术领域

本发明涉及人工晶体生长技术领域，特别涉及一种下降法晶体生长装置。

背景技术

现有技术中，下降法晶体生长时，对生长腔中抽真空一般是通过以下两种结构实现。

一是对装有原料的坩埚抽真空后进行封口，以保证坩埚内部的真空环境。这种方式由于封口工艺的存在，不易获得高真空，同时由于晶体生长时产生的气体无法排出，会影响晶体生长质量；一体化的封口在取出晶体时还需要敲碎坩埚，生长成本较高。

二是将下降炉体设计成密闭环境，将加热系统、坩埚组件置于该密闭环境中，对该密闭环境抽真空，然后进行晶体生长。由于设备体积庞大，整体抽真空成本较高；同时由于设备较大，任意一处泄露均会影响真空环境，真空稳定性也不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种下降法晶体生长装置，降低真空环境的获取难度，降低生产成本，真空稳定性较高。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种下降法晶体生长装置，包括机架、可升降的设于所述机架上的坩埚轴、固定的套设于所述坩埚轴上的载板、设于所述坩埚轴顶部的且位于所述载板上方的坩埚、设于所述载板上的且用于罩设所述坩埚的真空罩体、设于所述机架上的且间隔排列的环设于所述真空罩体外侧的加热器、设于所述机架上的且用于驱动所述坩埚轴升降的驱动机构；

所述坩埚轴包括气路内腔、开设于所述坩埚轴上的且位于所述坩埚和所述载板之间的进气口、开设于所述坩埚轴上的且位于所述载板下方的抽气口；所述进气口和所述抽气口均与所述气路内腔连通。

优选地，所述装置还包括凹设于所述载板上的环形凹槽、设于所述环形凹槽中的密封圈，所述真空罩体通过其底部环抵于所述环形凹槽中。

更优选地，所述坩埚轴还包括水路内腔、开设于所述坩埚轴上的且位于所述载板下方的进水口和出水口，所述水路内腔与所述气路内腔隔断且环设于所述密封圈下方，所述进水口和所述出水口均与所述水路内腔连通。

优选地，所述气路内腔沿所述坩埚轴的轴向贯穿所述坩埚轴，所述装置还包括设于所述坩埚轴底部的密封盖、下端部穿设于所述密封盖中的且上端部用于抵接所述坩埚底部的热电偶。

优选地，所述装置还包括设于所述机架上的且用于罩设所述真空罩体的保温罩体，所述加热器位于所述保温罩体中。

优选地，所述加热器自下而上为单段式或多段式。

优选地，所述加热器为电阻加热器、或感应加热器、或红外加热器、或激光加热器。

优选地，所述驱动机构包括固定的套设于所述坩埚轴上的升降座，所述装置还包括设于所述升降座上的振动器。

更优选地，所述振动器为振动频率和振幅均可无级调节的电磁振动器、或超声发生器、或电动偏心振动器。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明一种下降法晶体生长装置，通过在载板上设置用于罩设坩埚的真空罩体，并通过坩埚轴中的气路内腔对真空罩体抽真空，大幅降低真空环境的获取难度；坩埚可重复利用，且真空罩体的容积相对较小，降低生产成本；真空腔体仅由真空罩体、载板和坩埚轴组成，真空稳定性相对较高。

附图说明

附图1为晶体生长装置的结构示意图。

其中：1、机架；2、坩埚轴；3、载板；4、坩埚；5、真空罩体；6、加热器；7、驱动机构；8、气路内腔；9、进气口；10、抽气口；11、密封圈；12、水路内腔；13、进水口；14、出水口；15、密封盖；16、热电偶；17、保温罩体；18、升降座；19、振动器；20、原料。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图1所示，一种下降法晶体生长装置，包括机架1、可升降的设于机架1上的坩埚4轴2、固定的套设于坩埚4轴2上的载板3、设于坩埚轴2顶部的且位于载板3上方的坩埚4、设于所述机架1上的且用于驱动所述坩埚轴2升降的驱动机构7。该驱动机构7可以是驱动电机或驱动缸。

在本实施例中，机架1为上表面开设有通孔的箱体，坩埚轴2可沿轴向（即图1中的竖直方向）升降的穿设于该通孔中。载板3为平行于水平面的圆板，该通孔的孔径大于载板3的直径，以允许载板3沿竖直方向从通孔中穿过。驱动机构7则设于箱体中。坩埚4、坩埚轴2、载板3和通孔同轴排列。

上述一种下降法晶体生长装置，还包括设于载板3上的且用于罩设坩埚4的真空罩体5、设于机架1上的且间隔排列的环设于真空罩体5外侧的加热器6。

在本实施例中，载板3上表面向下凹设有环形凹槽，环形凹槽中则设有密封圈11。真空罩体5通过其底部环抵于环形凹槽中。环形凹槽、密封圈11和真空罩体5的底部均为圆形，真空罩体5通过其底部插入环形凹槽中，并向下抵紧密封圈11，以实现与载板3之间的良好密封效果。

参见图1所示，上述坩埚轴2包括开设于其中的气路内腔8、开设于坩埚轴2侧部的且位于坩埚4和载板3之间的进气口9、开设于坩埚轴2侧部的且位于载板3下方的抽气口10。进气口9和抽气口10均与气路内腔8连通。

通过这个设置，当需要真空环境时，只需对抽气口10进行抽气，通过进气口9抽取真空罩体5中的气体，使载板3与真空罩体5之间形成真空腔体。

在本实施例中，气路内腔8沿坩埚轴2的轴向贯穿坩埚轴2的上下两端，上述一种下降法晶体生长装置，还包括设于坩埚轴2底部的密封盖15、下端部固定的穿设于该密封盖15中的且上端部用于抵接坩埚4底部的热电偶16。通过该热电偶16测量坩埚4的实时温度，以便实时调节加热器6的功率，保证晶体生长温度满足要求。

参见图1所示，上述坩埚轴2还包括开设于其中的水路内腔12、开设于坩埚轴2侧部的且位于载板3下方的进水口13和出水口14。水路内腔12与气路内腔8互相隔开，水路内腔12环设于密封圈11下方，进水口13和出水口14均与水路内腔12连通。

通过这个设置，在晶体生长时，持续向水路内腔12中通入冷却水，不仅能够保护密封圈11，防止其由于温度过高黏连化；还有利于形成温度梯度，以便于晶体的优质生长。

上述一种下降法晶体生长装置，还包括设于机架1上的且用于罩设真空罩体5的保温罩体17，加热器6位于该保温罩体17中。具体的，保温罩体17环设于通孔外侧，并安放在箱体上表面。

由于保温罩体17的存在，向坩埚4中放入原料20、并在载板3上安装真空罩体5、以及取出晶体生长完成后坩埚4中的晶体时，需要驱动机构7驱动坩埚轴2升降，将真空罩体5下降至箱体中，箱体侧部设有可开关的活动门，打开活动门进行操作即可。

上述驱动机构7包括固定的套设于坩埚轴2上的升降座18，上述一种下降法晶体生长装置，还包括设于升降座18上的振动器19。通过设置振动器19对坩埚轴2以及坩埚4进行振动，能够促进原料20熔化过程中，内部杂质气体的排出，通过抽气口10能够持续向外抽取杂质气体，以保证真空罩体5中的真空度。

在本实施例中，振动器19为振动频率和振幅均可无级调节的电磁振动器、或超声发生器、或电动偏心振动器。

上述加热器6自下而上为单段式或多段式。晶体生长时，多段式加热器各段的加热功率可以相同或不同。

在本实施例中，加热器6为电阻加热器、或感应加热器、或红外加热器、或激光加热器。

以下具体阐述下本实施例的工作过程：

驱动机构7驱动坩埚轴2下降，使真空罩体5下降至箱体中，取下真空罩体5，并将装入原料20的坩埚4安装在坩埚轴2顶部，再装回真空罩体5；

驱动机构7驱动坩埚轴2上升，使真空罩体5上升至保温罩体17中，通过抽气口10抽取真空罩体5中的气体，直至真空度达到要求；

启动加热器6，并持续向进水口13中通入冷却水，根据热电偶16反馈的温度调节加热器6的加热功率；

在原料20熔化过程中，启动振动器19，同时通过抽气口10抽取真空罩体5中的杂质气体，直至真空度达到要求；

待原料20熔化完成并稳定一段时间后，驱动机构7驱动坩埚4缓慢下降，进行晶体材料的结晶生长；

生长完成后，驱动机构7驱动坩埚轴2下降，使真空罩体5下降至箱体中，取下真空罩体5，取出坩埚4，并取出晶体。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。