專利名稱：梯度型溫度場(chǎng)發(fā)熱體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種梯度型溫度場(chǎng)發(fā)熱體，具體涉及到一種應(yīng)用于晶 體生長(zhǎng)爐中可以有效建立合適的溫度梯度場(chǎng)的發(fā)熱體，屬于結(jié)晶工藝 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生長(zhǎng)高質(zhì)量晶體的一個(gè)很重要的條件就是要有一個(gè)合適的溫度 場(chǎng)。生長(zhǎng)系統(tǒng)中的溫度的分布或者說晶體中、熔體中以及固-液界面 上的溫度梯度對(duì)晶體的質(zhì)量有決定性的影響。然而，不同的晶體有不 同的特性，需要控制的主要缺陷也往往不同，它們對(duì)于溫場(chǎng)條件的要 求自然也不相同。因此，所謂合適的溫場(chǎng)并沒有一個(gè)嚴(yán)格的判據(jù)。一 般來說，對(duì)于摻雜晶體需要有大的溫度梯度(特別是界面附近)，而不摻雜的晶體或者容易開裂的晶體，采用較小的溫度梯度；另外， 一般 采用平的(或微凸)的界面來生長(zhǎng)晶體時(shí)，則有助于晶體均勻性的改 善。不過，在特定的條件下，采用凸界面生長(zhǎng)晶體也有它有利的一面。 總之， 一個(gè)優(yōu)化的生長(zhǎng)系統(tǒng)要求溫場(chǎng)具有較靈活的可調(diào)節(jié)性，以滿足 不同晶體的生長(zhǎng)需要。晶體生長(zhǎng)過程中溫度場(chǎng)的分布主要由保溫層的構(gòu)造、坩堝在發(fā)熱 體中的位置以及冷卻介質(zhì)的流量等因素決定。其中改變坩堝的位置及 冷卻介質(zhì)的流量對(duì)溫場(chǎng)的調(diào)節(jié)效果有限，而改變保溫層的設(shè)置雖然可 以達(dá)到較為理想的調(diào)節(jié)效果，但其實(shí)現(xiàn)周期較長(zhǎng)，且需要耗費(fèi)相當(dāng)?shù)?人力物力。值得注意的是，晶體生長(zhǎng)所需的熱量是由發(fā)熱體產(chǎn)生并通 過輻射的方式施加至生長(zhǎng)區(qū)的，如能使發(fā)熱體直接產(chǎn)生溫度梯度，則是調(diào)節(jié)溫場(chǎng)分布最為有效的方法。目前，在電阻加熱的提拉法(參見Chemical Engineering Science 2004， 59: 1437 1457)、熱交換法(參見Journal of Crystal Growth 1979, 46:601-606)、溫梯法(參見Journal of Crystal Growth 1998， 193:123-126)等晶體生長(zhǎng)爐中多采用簡(jiǎn)單的波浪式回路發(fā)熱體，這種 發(fā)熱體自身不產(chǎn)生溫度梯度；在多發(fā)熱體提拉法、布里奇曼法和雙加 熱溫梯法中，雖然可以采用石墨或硅鉬材料構(gòu)成多個(gè)分立的發(fā)熱體來 產(chǎn)生溫度梯度，但它大大增加了設(shè)備的成本和控制的難度，也影響溫 場(chǎng)的穩(wěn)定性。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是改進(jìn)上述現(xiàn)有發(fā)熱體的設(shè)計(jì)，使其能方便快捷地 建立生長(zhǎng)優(yōu)質(zhì)晶體所需的溫場(chǎng)，并且增加溫場(chǎng)設(shè)計(jì)的靈活性，對(duì)加熱 元件進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)整就可以適用于不同種類晶體生長(zhǎng)，提供可以經(jīng)濟(jì)、 快捷地建立合適溫場(chǎng)的一種梯度型溫度場(chǎng)發(fā)熱體。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的， 一種梯度型溫度場(chǎng)發(fā) 熱體，其特征是所述發(fā)熱體由縱截面上下具有不同厚度、橫截面具有 不同弧度的不同阻值的發(fā)熱輻條構(gòu)成，發(fā)熱輻條上設(shè)置的隔斷槽構(gòu)成 發(fā)熱體的一個(gè)或多個(gè)電流通路。恥4來如雜而卜"R目右x向匿齒古苗栽而目.右x同抓^F的:K固昍/畝的發(fā)熱輻條至少由四組自上而下依次連接，依次連接的發(fā)熱輻條上設(shè) 置的空隙構(gòu)成隔斷槽。不同阻值發(fā)熱輻條相互間鉚接或焊接連接。各組發(fā)熱輻條至少有兩塊發(fā)熱片，各塊發(fā)熱片具有相同的內(nèi)徑， 各組發(fā)熱片具有不同的弧角，各塊發(fā)熱片截面近似正梯形，兩斜邊為 直線或?yàn)榍€，最上一組中一塊發(fā)熱片的下端面與下一組兩塊相互間留有空隙的發(fā)熱片的上端面相連形成"n"型元件；再將兩塊相互間留有空隙的"n"型元件的下端面與下一組中一塊發(fā)熱片的上端面相連形成"m"型元件；將多個(gè)"m"型元件首尾相連形成發(fā)熱筒。各組發(fā)熱輻條中的發(fā)熱片弧角自上而下依次為^9(T、 S45°、 S90°、 Sl80o。各組發(fā)熱輻條中的發(fā)熱片的高度比例為1: 0.5-5: 0.5-2: 0.8-6。每組發(fā)熱輻條的發(fā)熱片縱截面上下厚度過渡為直線、或?yàn)榍€。 本發(fā)明通過將若干具有一定縱截面和橫截面形狀的發(fā)熱片合理地 組合起在一起，形成一個(gè)或多個(gè)電流通路，在不同阻值的部分產(chǎn)生不 同的熱量，如此在生長(zhǎng)區(qū)可以產(chǎn)生一定的溫度梯度；并且可以通過調(diào)整發(fā)熱片的截面形狀和高度來靈活地調(diào)整溫場(chǎng)的分布，本發(fā)明在晶體 生長(zhǎng)爐中使用時(shí)只需要一套溫度控制裝置，不僅簡(jiǎn)化了操作，降低了 成本，還有利于保持溫場(chǎng)的穩(wěn)定，本發(fā)明特別適用于下降法、溫度梯 法、電阻加熱提拉法、布里奇曼法、熱交換法晶體生長(zhǎng)爐，也適用于 其它需要有溫度梯度分布的熱處理裝置中。


圖1為本發(fā)明剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為幾種典型發(fā)熱體的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2所描述幾種發(fā)熱體應(yīng)用于晶體生長(zhǎng)爐時(shí)生長(zhǎng)區(qū)內(nèi)軸向 溫度分布不葸圖；圖中，A、 B、 C、 D為發(fā)熱輻條，HA、 Hb、 Hc、 H。為發(fā)熱輻條高度， 1#、 2#、 3#、 4#、 5弁表示幾種不同縱截面厚度，L、 T2、 T3、 T4、 T5表示縱截面厚度，E為隔斷槽。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，如圖1所示，本發(fā)明由縱 截面上下具有不同厚度、橫截面具有不同弧度的不同阻值的發(fā)熱輻條 構(gòu)成，發(fā)熱輻條上設(shè)置的隔斷槽構(gòu)成發(fā)熱體的一個(gè)或多個(gè)電流通路，采用石墨或鉬或鎢發(fā)熱體材料。所述熱體至少由四組發(fā)熱輻條A、 B、 C、 D構(gòu)成，它們的高度分別 為H" HB、 He、 Hd，分別介于O與發(fā)熱體的總高度之間，改變它們之間 的高度比來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫場(chǎng)的調(diào)整。發(fā)熱輻條A包括多塊內(nèi)徑為D、弧角 e^90。的發(fā)熱片，截面形狀近似梯形上邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，下邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2，且 L^L,，兩斜邊可為直線，也可以弧線；發(fā)熱輻條B包括多塊內(nèi)徑為D、 弧角e^45。的發(fā)熱片，截面形狀近似梯形上邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，下邊長(zhǎng)為L(zhǎng)， 且L^L，兩斜邊可為直線，也可為弧線；發(fā)熱輻條C包括多塊內(nèi)徑為 D、弧角e^90('的發(fā)熱片，截面形狀近似梯形上邊長(zhǎng)為U,下邊長(zhǎng)為 L4，且L^L3，兩斜邊可為直線，也可為弧線；發(fā)熱輻條D包括二塊內(nèi) 徑為D、弧角e^l80。的發(fā)熱片，截面形狀近似梯形上邊長(zhǎng)為L(zhǎng)4，下 邊長(zhǎng)為U，且L^L4，兩斜邊可為直線，也可為弧線。分別將一個(gè)發(fā)熱 輻條A中的發(fā)熱片下表面與兩個(gè)發(fā)熱輻條B的上表面相連，并保持兩 個(gè)發(fā)熱輻條B之間留有隔斷槽E，共形成多個(gè)"n"型的元件；再將兩 個(gè)"n"型元件中相鄰的B發(fā)熱片的下表面與元件C的上表面相連，形 成"m"型的元件，并保持"n"型元件之間留有隔斷槽E;如此將多 個(gè)"m"型元件首尾相連，形成一個(gè)發(fā)熱筒；將上述發(fā)熱筒中兩個(gè)相對(duì) 的元件C的下表面與元件D的上表面相連，如此即形成一個(gè)完整的發(fā) 扭汰_ t執(zhí)i勝，問AW主詫"srw誦襯'坦法.都d法笙卞^.他可i;JM甬忖對(duì)完整的發(fā)熱筒開槽時(shí)保持連接部分不割斷來實(shí)現(xiàn)。實(shí)施例1:如圖2中1#所示，采用高純石墨電阻發(fā)熱材料制成半徑為R= 60mm, H二300mm的發(fā)熱筒。按照?qǐng)D1中隔斷槽E的走向?qū)Πl(fā)熱體進(jìn)行 開槽，其中HA=50mm， HB=120mm， Hc=50mm， H。二40腿；T\ = 2.2腿， T2 = 2. 5mm， T3 = 4mm， T4 = 5mm， T5=5mm。其中截面厚度T2到T3的過 渡為直線。制備完成的發(fā)熱體置于晶體生長(zhǎng)爐中，關(guān)閉爐膛，抽真空，充完氣后升溫，晶體生長(zhǎng)區(qū)的溫度分布情況，如圖3中的1弁線。 實(shí)施例2:如圖2中2#所示，采用高純石墨電阻發(fā)熱材料制成半徑為R= 60腿，H=300mm的發(fā)熱筒。按照?qǐng)D1中槽的走向?qū)Πl(fā)熱體進(jìn)行開槽， 其中HA = 50mm， HB=120mm， Hc=50mm， H。二40腿；T\ = 2. 5腿，T2 = 3mm， 丁3 = 4.5腿，T4 = 5,， T5=5mm。其中截面厚度T2到T3的過渡為凹線。 制備完成的發(fā)熱體置于晶體生長(zhǎng)爐中，關(guān)閉爐膛，抽真空，充完氣后 升溫，晶體生長(zhǎng)區(qū)的溫度分布情況，如圖3中2#線。實(shí)施例3:如圖2中3#所示，采用高純石墨電阻發(fā)熱材料制成半徑為R= 60mm， H=300rrai的發(fā)熱筒。按照?qǐng)D1中槽的走向?qū)Πl(fā)熱體進(jìn)行開槽， 其中HA = 50mm， HB=120mm， Hc=50mm， HD=40mm; L = 2. 5腿，T2=3mm， T3 = 4. 5腿，L二5腿，T5=5mm。其中截面厚度T2到T3的過渡為直線。 制備完成的發(fā)熱體置于晶體生長(zhǎng)爐中，關(guān)閉爐膛，抽真空，充完氣后 升溫，晶體生長(zhǎng)區(qū)的溫度分布情況，如圖3中3#線。如圖2中4#所示，采用高純石墨電阻發(fā)熱材料制成半徑為R= 60扁，H=300mm的發(fā)熱筒。按照?qǐng)D1中槽的走向?qū)Πl(fā)熱體進(jìn)行開槽， 其中HA = 50mm， HB=120mm， Hc=50mm， HD=40mm; T\ = 2. 5mm， T2=3ran， T3 = 4. 5mm， T4 = 5mm， T5 = 5mm。其中截面厚度T2到T3的過渡為凸線。 制備完成的發(fā)熱體置于晶體生長(zhǎng)爐中，關(guān)閉爐膛，抽真空，充完氣后 升溫，晶體生長(zhǎng)區(qū)的溫度分布情況，如圖3中4弁線。實(shí)施例5:如圖2中5#所示，采用高純石墨電阻發(fā)熱材料制成半徑為R= 60mm, H=300mm的發(fā)熱筒。按照?qǐng)D1中槽的走向?qū)Πl(fā)熱體進(jìn)行開槽，其中HA=50mm， Hb二120腿，Hc二50mm, H。二40mm; T,-3mm， L二3. 5腿， T:,二5腿，T4 = 5mm， T5=5mm。其中截面厚度T2到T3的過渡為直線。 制備完成的發(fā)熱體置于晶體生長(zhǎng)爐中，關(guān)閉爐膛，抽真空，充完氣后 升溫，晶體生長(zhǎng)區(qū)的溫度分布情況，如圖3中5#線。
權(quán)利要求
1、一種梯度型溫度場(chǎng)發(fā)熱體，其特征是所述發(fā)熱體由縱截面上下具有不同厚度、橫截面具有不同弧度的不同阻值的發(fā)熱輻條構(gòu)成，發(fā)熱輻條上設(shè)置的隔斷槽構(gòu)成發(fā)熱體的一個(gè)或多個(gè)電流通路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度型溫度場(chǎng)發(fā)熱體，其特征是所述 縱截面上下具有不同厚度、橫截面具有不同弧度的不同阻值的發(fā)熱輻 條至少由四組自上而下依次連接，依次連接的發(fā)熱輻條上設(shè)置的空隙 構(gòu)成隔斷槽。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的梯度型溫度場(chǎng)發(fā)熱體，其特征是不同 阻值發(fā)熱輻條相互間鉚接或焊接連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的梯度型溫度場(chǎng)發(fā)熱體，其特征是各組 發(fā)熱輻條至少有兩塊發(fā)熱片，各塊發(fā)熱片具有相同的內(nèi)徑，各組發(fā)熱 片具有不同的弧角，各塊發(fā)熱片截面近似正梯形，兩斜邊為直線或?yàn)?曲線，最上一組中一塊發(fā)熱片的下端面與下一組兩塊相互間留有空隙 的發(fā)熱片的上端面相連形成"n"型元件；再將兩塊相互間留有空隙 的"n"型元件的下端面與下一組中一塊發(fā)熱片的上端面相連形成"m" 型元件；將多個(gè)"m"型元件首尾相連形成發(fā)熱筒。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的梯度型溫度場(chǎng)發(fā)熱體，其特征是 各組發(fā)熱輻條中的發(fā)熱片弧角自上而下依次為^90。、 S45°、 ^90°、
6、 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的梯度型溫度場(chǎng)發(fā)熱體，其特征是 各組發(fā)熱輻條中的發(fā)熱片的高度比例為1: 0.5-5: 0.5-2: 0.8-6。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的梯度型溫度場(chǎng)發(fā)熱體，其特征是 每組發(fā)熱輻條的發(fā)熱片縱截面上下厚度過渡為直線、或?yàn)榍€。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種梯度型溫度場(chǎng)發(fā)熱體，具體涉及到一種應(yīng)用于晶體生長(zhǎng)爐中可以有效建立合適的溫度梯度場(chǎng)的發(fā)熱體，屬于結(jié)晶工藝技術(shù)領(lǐng)域，主要特點(diǎn)是將若干具有一定縱截面和橫截面形狀的發(fā)熱片合理地組合起在一起，形成一個(gè)或多個(gè)電流通路，在不同阻值的部分產(chǎn)生不同的熱量，如此在生長(zhǎng)區(qū)可以產(chǎn)生一定的溫度梯度；并且可以通過調(diào)整發(fā)熱片的截面形狀和高度來靈活地調(diào)整溫場(chǎng)的分布，本發(fā)明在晶體生長(zhǎng)爐中使用時(shí)只需要一套溫度控制裝置，不僅簡(jiǎn)化了操作，降低了成本，還有利于保持溫場(chǎng)的穩(wěn)定，本發(fā)明特別適用于下降法、溫度梯法、電阻加熱提拉法、布里奇曼法、熱交換法晶體生長(zhǎng)爐，也適用于其它需要有溫度梯度分布的熱處理裝置中。
文檔編號(hào)F27B14/00GK101333687SQ200810100288
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者軍 徐, 曾金穗, 李明遠(yuǎn), 李紅軍, 林岳明, 董永軍 申請(qǐng)人:揚(yáng)州華夏集成光電有限公司