本發(fā)明屬于單晶厚膜制備，具體地涉及一種高溫場(chǎng)均勻性的垂直液相外延系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、稀土鐵石榴石（rig）厚膜作為磁光隔離器的核心器件決定了無源光器件性能、激光武器作戰(zhàn)效能和光纖通訊傳輸效果。目前液相外延法（lpe）是生長(zhǎng)rig厚膜的主流技術(shù)。液相外延法是在熔融物中，通過降溫使固體物質(zhì)析出在襯底上成核繼而反應(yīng)成膜的單晶生長(zhǎng)技術(shù)。相較于分子束外延（mbe）和金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（mocvd）外延技術(shù)，液相外延法技術(shù)具有成本低、生長(zhǎng)速率快、摻雜元素種類靈活等優(yōu)點(diǎn)，適合化合物半導(dǎo)體單晶材料、稀土石榴石磁性材料的生長(zhǎng)?，F(xiàn)階段適用于磁光隔離器件主流的bi:rig或ce:rig厚膜材料，其所需的厚度往往在340μm-370μm之間，考慮薄膜后續(xù)的打磨拋光過程，lpe生長(zhǎng)薄膜厚度應(yīng)當(dāng)大于500μm。

2、然而，目前l(fā)pe裝置能夠獲得的磁光薄膜主要集中于直徑2-3英寸、膜厚在1μm-100μm范圍內(nèi)，無法滿足實(shí)際使用需求。公開號(hào)為cn114752997a的中國(guó)專利，通過第一爐體與第二爐體內(nèi)部的坩堝連續(xù)調(diào)換進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液相外延生長(zhǎng)薄膜的連續(xù)生長(zhǎng)的方式解決上述問題。由于第一爐體與第二爐體的溫度梯度不同，坩堝從第二爐體調(diào)換至第一爐體的過程中，坩堝內(nèi)溶體溫度會(huì)發(fā)生變化相應(yīng)變化，因此會(huì)導(dǎo)致第一坩堝和第二坩堝中溶液的析出速率變化，容易造成析出的（rig）厚膜粗細(xì)不均勻的現(xiàn)象，影響（rig）厚膜品質(zhì)，增加后處理難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種高溫場(chǎng)均勻性的垂直液相外延系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種高溫場(chǎng)均勻性的垂直液相外延系統(tǒng)，其包括爐體，所述爐體內(nèi)部安裝感應(yīng)加熱器，爐體內(nèi)壁安裝保溫層，爐體頂端分別安裝移動(dòng)組件和氣瓶，爐體內(nèi)部安裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)升降的替換組件；

3、所述移動(dòng)組件的輸出端安裝單晶襯底，所述替換組件包括平臺(tái)和可轉(zhuǎn)動(dòng)的輸送管，且輸送管安裝在平臺(tái)內(nèi)部，平臺(tái)內(nèi)分別轉(zhuǎn)動(dòng)安裝雙向齒環(huán)和固定安裝單向齒環(huán)，輸送管與雙向齒環(huán)傳動(dòng)配合；

4、所述平臺(tái)上開設(shè)替換槽和存放槽，替換槽和存放槽通過過渡板連接，過渡板上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝坩堝一，雙向齒環(huán)和單向齒環(huán)之間安裝傳動(dòng)齒輪二，且傳動(dòng)齒輪二分別與雙向齒環(huán)和單向齒環(huán)嚙合，傳動(dòng)齒輪二上安裝坩堝二，所述單晶襯底正對(duì)坩堝一。

5、作為本方案進(jìn)一步的優(yōu)化或者改進(jìn)，所述輸送管上同軸安裝主動(dòng)齒，主動(dòng)齒通過從動(dòng)齒與雙向齒環(huán)的內(nèi)部齒嚙合，所述傳動(dòng)齒輪二分別與雙向齒環(huán)的外部齒和單向齒環(huán)的內(nèi)部齒嚙合；當(dāng)輸送管帶動(dòng)主動(dòng)齒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主動(dòng)齒會(huì)通過從動(dòng)齒帶動(dòng)雙向齒環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)傳動(dòng)齒輪二上的坩堝二在雙向齒環(huán)的作用下沿著替換槽移動(dòng)并自轉(zhuǎn)。

6、作為本方案進(jìn)一步的優(yōu)化或者改進(jìn)，所述過渡板上安裝放置臺(tái)一，坩堝一放置在放置臺(tái)一上，放置臺(tái)一底部同軸安裝傳動(dòng)齒輪一，傳動(dòng)齒輪一僅與雙向齒環(huán)的外部齒嚙合；當(dāng)輸送管帶動(dòng)雙向齒環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，雙向齒環(huán)帶動(dòng)坩堝一自轉(zhuǎn)。

7、作為本方案進(jìn)一步的優(yōu)化或者改進(jìn)，所述替換組件上安裝推送組件，推送組件包括進(jìn)堝槽和沿著進(jìn)堝槽移動(dòng)的推桿，所述進(jìn)堝槽與替換槽連通，進(jìn)堝槽上開設(shè)進(jìn)堝口，進(jìn)堝口與輸送管連通。

8、作為本方案進(jìn)一步的優(yōu)化或者改進(jìn)，所述爐體底部安裝支架，支架上安裝升降組件，所述升降組件包括氣缸二、連接板和電機(jī)，氣缸二的輸出端連接安裝臺(tái)，安裝臺(tái)上安裝連接板和電機(jī)，電機(jī)與輸送管傳動(dòng)配合，所述連接板連接輸送管和安裝臺(tái)。

9、作為本方案進(jìn)一步的優(yōu)化或者改進(jìn)，所述安裝臺(tái)內(nèi)安裝內(nèi)置氣缸，內(nèi)置氣缸輸出端連接放置盤，放置盤位于輸送管的正下方。

10、作為本方案進(jìn)一步的優(yōu)化或者改進(jìn)，所述進(jìn)堝槽內(nèi)安裝推動(dòng)齒輪，推動(dòng)齒輪的一端與推桿傳動(dòng)配合，推動(dòng)齒輪另一端與主動(dòng)齒嚙合。

11、作為本方案進(jìn)一步的優(yōu)化或者改進(jìn)，所述移動(dòng)組件包括氣缸一，氣缸一的輸出端連接工作桿，工作桿上安裝單晶襯底。

12、本發(fā)明的有益效果：

13、（1）本發(fā)明通過輸送管帶動(dòng)雙向齒環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，雙向齒環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)坩堝二沿著替換槽移動(dòng)并自轉(zhuǎn)，同時(shí)雙向齒環(huán)還會(huì)帶動(dòng)坩堝一自轉(zhuǎn)。當(dāng)單晶襯底將坩堝一內(nèi)溶體單晶析出時(shí)，坩堝一自轉(zhuǎn)將單晶襯底上殘留熔體甩落，同時(shí)坩堝二沿著替換槽移動(dòng)并且自轉(zhuǎn)，使坩堝二熔體持續(xù)均勻混合，直至坩堝二將坩堝一替換，在此過程中，坩堝二和坩堝一均處于同一溫度梯度，進(jìn)而保證單晶襯底析出單晶的速率相同，避免析出的（rig）厚膜粗細(xì)不均勻的現(xiàn)象，提高（rig）厚膜品質(zhì)。

14、（2）本發(fā)明通過在輸送管底部安裝內(nèi)置氣缸和放置盤的方式，將裝有原料粉末的坩堝放置到放置盤上，接著啟動(dòng)內(nèi)置氣缸，內(nèi)置氣缸將坩堝通過輸送管和進(jìn)堝口送入進(jìn)堝槽內(nèi)，在此過程中，坩堝內(nèi)部原料粉末熔融，隨著輸送管帶動(dòng)主動(dòng)齒轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)齒會(huì)通過推動(dòng)齒輪帶動(dòng)推桿將坩堝推送至替換槽，使單晶襯底能夠持續(xù)生長(zhǎng)薄膜，同時(shí)方便更換坩堝操作，通過氣缸二移動(dòng)坩堝在爐體內(nèi)的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)坩堝溫度的調(diào)控。

技術(shù)特征：

1.一種高溫場(chǎng)均勻性的垂直液相外延系統(tǒng)，其特征在于：包括爐體（1），所述爐體（1）內(nèi)部安裝感應(yīng)加熱器（5），爐體（1）內(nèi)壁安裝保溫層（6），爐體（1）頂端分別安裝移動(dòng)組件（2）和氣瓶（3），爐體（1）內(nèi)部安裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)升降的替換組件（10）；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫場(chǎng)均勻性的垂直液相外延系統(tǒng)，其特征在于：所述輸送管（101）上同軸安裝主動(dòng)齒（103），主動(dòng)齒（103）通過從動(dòng)齒（104）與雙向齒環(huán)（105）的內(nèi)部齒嚙合，所述傳動(dòng)齒輪二（111）分別與雙向齒環(huán)（105）的外部齒和單向齒環(huán)（106）的內(nèi)部齒嚙合；當(dāng)輸送管（101）帶動(dòng)主動(dòng)齒（103）轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主動(dòng)齒（103）會(huì)通過從動(dòng)齒（104）帶動(dòng)雙向齒環(huán)（105）轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)傳動(dòng)齒輪二（111）上的坩堝二（113）在雙向齒環(huán)（105）的作用下沿著替換槽（115）移動(dòng)并自轉(zhuǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫場(chǎng)均勻性的垂直液相外延系統(tǒng)，其特征在于：所述過渡板（107）上安裝放置臺(tái)一（109），坩堝一（110）放置在放置臺(tái)一（109）上，放置臺(tái)一（109）底部同軸安裝傳動(dòng)齒輪一（108），傳動(dòng)齒輪一（108）僅與雙向齒環(huán)（105）的外部齒嚙合；當(dāng)輸送管（101）帶動(dòng)雙向齒環(huán)（105）轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，雙向齒環(huán)（105）帶動(dòng)坩堝一（110）自轉(zhuǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫場(chǎng)均勻性的垂直液相外延系統(tǒng)，其特征在于：所述替換組件（10）上安裝推送組件（11），推送組件（11）包括進(jìn)堝槽（1101）和沿著進(jìn)堝槽（1101）移動(dòng)的推桿（1102），所述進(jìn)堝槽（1101）與替換槽（115）連通，進(jìn)堝槽（1101）上開設(shè)進(jìn)堝口（1104），進(jìn)堝口（1104）與輸送管（101）連通。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫場(chǎng)均勻性的垂直液相外延系統(tǒng)，其特征在于：所述爐體（1）底部安裝支架（4），支架（4）上安裝升降組件（8），所述升降組件（8）包括氣缸二（81）、連接板（84）和電機(jī)（85），氣缸二（81）的輸出端連接安裝臺(tái)（82），安裝臺(tái)（82）上安裝連接板（84）和電機(jī)（85），電機(jī)（85）與輸送管（101）傳動(dòng)配合，所述連接板（84）連接輸送管（101）和安裝臺(tái)（82）。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高溫場(chǎng)均勻性的垂直液相外延系統(tǒng)，其特征在于：所述安裝臺(tái)82內(nèi)安裝內(nèi)置氣缸83，內(nèi)置氣缸83輸出端連接放置盤86，放置盤86位于輸送管101的正下方。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高溫場(chǎng)均勻性的垂直液相外延系統(tǒng)，其特征在于：所述進(jìn)堝槽（1101）內(nèi)安裝推動(dòng)齒輪（1103），推動(dòng)齒輪（1103）的一端與推桿（1102）傳動(dòng)配合，推動(dòng)齒輪（1103）另一端與主動(dòng)齒（103）嚙合。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫場(chǎng)均勻性的垂直液相外延系統(tǒng)，其特征在于，所述移動(dòng)組件（2）包括氣缸一（21），氣缸一（21）的輸出端連接工作桿（22），工作桿（22）上安裝單晶襯底（9）。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于單晶厚膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種高溫場(chǎng)均勻性的垂直液相外延系統(tǒng)，其包括爐體和替換組件，替換組件包括平臺(tái)，平臺(tái)內(nèi)分別轉(zhuǎn)動(dòng)安裝雙向齒環(huán)和固定安裝單向齒環(huán)；所述平臺(tái)上安裝坩堝一和坩堝二。本發(fā)明中的單晶襯底將坩堝一內(nèi)溶體單晶析出時(shí)，坩堝一自轉(zhuǎn)將單晶襯底上殘留熔體甩落，同時(shí)坩堝二沿著替換槽移動(dòng)并且自轉(zhuǎn)，使坩堝二熔體持續(xù)均勻混合，直至坩堝二將坩堝一替換，在此過程中，坩堝二和坩堝一均處于同一溫度梯度，進(jìn)而保證單晶襯底析出單晶的速率相同，避免析出的（RIG）厚膜粗細(xì)不均勻的現(xiàn)象，提高（RIG）厚膜品質(zhì)。

技術(shù)研發(fā)人員：羅毅,龔瑞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽科瑞思創(chuàng)晶體材料有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17