專利名稱：旋轉(zhuǎn)多坩堝下降法晶體生長系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體生長系統(tǒng)，特別涉及一種旋轉(zhuǎn)多坩堝下降法晶體生長系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有多坩堝下降法晶體生長技術(shù)中晶體(如鎢酸鉛晶體、Sb2O3摻雜鎢酸鉛晶體、Nb2O5摻雜鎢酸鉛晶體)生長系統(tǒng)主要采用多坩堝下降法晶體生長系統(tǒng)，其中的生長坩堝支撐裝置可以在控制設(shè)備控制下，按照要求帶動(dòng)坩堝向下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)晶體生長，這種系統(tǒng)中通過在一個(gè)方向延長爐膛尺寸，使?fàn)t膛中能夠同時(shí)容納多根晶體生長。這樣形成的準(zhǔn)長方形徑向溫度場(chǎng)在生長外觀為方形的鎢酸鉛晶體等獲得初步成功。但是這種晶體生長系統(tǒng)中坩堝支撐裝置只能夠帶動(dòng)生長坩堝上下運(yùn)動(dòng)，晶體生長時(shí)由于熔體和晶體相對(duì)靜止不動(dòng)，熔體中只存在著自然對(duì)流和擴(kuò)散，其主要?jiǎng)恿κ蔷w生長界面處和熔體中粒子濃度梯度、溫度梯度以及重心引力。這種只依靠自然對(duì)流和擴(kuò)散作用輸運(yùn)生長粒子的熔體中粒子輸運(yùn)速率慢、效率不高，在生長組分較簡單、組分離子有效分凝系數(shù)接近、生長界面處晶體組成和熔體組成相近、對(duì)熔體中粒子輸運(yùn)要求不高的晶體時(shí)可以勝任。當(dāng)生長組分較復(fù)雜、界面處晶體組成和熔體組成相差較大、組分離子有效分凝系數(shù)有明顯差別的晶體時(shí)，熔體粒子輸運(yùn)力能力不足會(huì)使生長界面熔體不能及時(shí)得到晶體生長需要的粒子、界面不需要的粒子(如排雜產(chǎn)生的雜質(zhì)粒子)不能夠及時(shí)轉(zhuǎn)移，在界面熔體中逐漸積累濃度過大，這些都會(huì)導(dǎo)致晶體中缺陷過多，甚至?xí)霈F(xiàn)異相包裹物等嚴(yán)重宏觀缺陷，或在生長摻雜晶體時(shí)會(huì)出現(xiàn)摻雜離子在晶體中濃度分布不均勻等嚴(yán)重結(jié)果，導(dǎo)致晶體質(zhì)量變壞。而且這種生長系統(tǒng)中爐膛徑向溫度場(chǎng)不對(duì)稱，導(dǎo)致坩堝中徑向溫度場(chǎng)不對(duì)稱，對(duì)晶體生長產(chǎn)生不利影響，直接結(jié)果是生長圓柱形外觀單晶體困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種旋轉(zhuǎn)多坩堝下降法晶體生長系統(tǒng)，可以有效提高生長晶體的質(zhì)量，而且可以生長出高質(zhì)量的摻雜晶體，同時(shí)還能夠生長獲得現(xiàn)有多坩堝下降生長技術(shù)很難獲得的圓形晶體。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種旋轉(zhuǎn)多坩堝下降法晶體生長系統(tǒng)，包括晶體爐、坩堝及其支撐裝置，其中晶體爐包括爐體，爐膛和發(fā)熱體；坩堝支撐裝置包括升降臺(tái)，位于升降臺(tái)上的坩堝導(dǎo)向管支架和導(dǎo)向管支架上的坩堝導(dǎo)向管，與升降臺(tái)連接的引下裝置，與引下裝置連接的升降電機(jī)和電源，其中導(dǎo)向管支架和導(dǎo)向管之間設(shè)置有緊固裝置，坩堝置于坩堝導(dǎo)向管內(nèi)；坩堝支撐裝置是可旋轉(zhuǎn)多坩堝支撐裝置，每個(gè)導(dǎo)向管支架的下端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸貫穿升降臺(tái)，旋轉(zhuǎn)軸下端伸出升降臺(tái)的部分分別連接有互相嚙合的齒輪，其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸比其它旋轉(zhuǎn)軸長，該較長旋轉(zhuǎn)軸上的齒輪通過聯(lián)軸器連接一固定在升降臺(tái)上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
由于采用可旋轉(zhuǎn)的多坩堝支撐裝置，因此在晶體生長時(shí)可根據(jù)需要調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速和方向，使坩堝導(dǎo)向管內(nèi)的坩堝能夠按照一定程序進(jìn)行變速旋轉(zhuǎn)，生長中生長出的剛性晶體和坩堝壁在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向管機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的帶動(dòng)下與旋轉(zhuǎn)電機(jī)同步，由于慣性作用，液態(tài)的熔體與晶體以及坩堝壁產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生與提拉法類似的對(duì)熔體的攪拌作用，使熔體產(chǎn)生強(qiáng)迫對(duì)流，強(qiáng)迫對(duì)流的產(chǎn)生能夠大大改善熔體中物料輸運(yùn)狀況，使晶體生長固液界面粒子與生長中的晶體界面和熔體的粒子交換得以解善，生長中的晶體能夠獲得需要的粒子，排雜產(chǎn)生的不需要的粒子可以及時(shí)排到熔體中，這對(duì)提高晶體的完整性、提高晶體質(zhì)量十分有利。
另外，本發(fā)明在使生長熔體產(chǎn)生強(qiáng)迫對(duì)流動(dòng)同時(shí)，使晶體生長的徑向溫度對(duì)稱性增加。雖然坩堝導(dǎo)向管的旋轉(zhuǎn)對(duì)爐體的徑向溫度場(chǎng)對(duì)稱性改善的效果不十分明顯，但是旋轉(zhuǎn)的每根導(dǎo)向管內(nèi)坩堝內(nèi)部的徑向溫度對(duì)稱情況會(huì)大大改善，得到這種效果的原因是旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)向管的同一高度的各個(gè)面在一段時(shí)間所經(jīng)歷的溫度變化情況完全相同，導(dǎo)向管內(nèi)管壁與生長坩堝壁之間的保溫粉的保溫緩沖作用使坩堝的溫度得到相對(duì)穩(wěn)定，使坩堝內(nèi)徑向溫度場(chǎng)基本能夠保持對(duì)稱，得到與提拉法生長技術(shù)相類似的圓形徑向?qū)ΨQ溫度場(chǎng)。由于溫度梯度是晶體生長的主要驅(qū)動(dòng)力，對(duì)稱的徑向溫度場(chǎng)有利于生長中的固液界面在徑向?qū)ΨQ，晶體在各方向發(fā)育得到的溫度驅(qū)動(dòng)力相近似，大大提高生長的晶體質(zhì)量。因此應(yīng)用本發(fā)明能夠生長熔體組成相對(duì)復(fù)雜、組分離子有向分凝系數(shù)有一定差別、或者摻雜的晶體，同時(shí)還能夠生長獲得現(xiàn)有多坩堝下降生長技術(shù)很難獲得的圓形晶體。
本發(fā)明的有益效果是采用本發(fā)明可以有效提高生長晶體的質(zhì)量，而且可以生長出高質(zhì)量的摻雜晶體，同時(shí)還能夠生長獲得現(xiàn)有多坩堝下降生長技術(shù)很難獲得的圓形晶體。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明坩堝及其支撐裝置放大圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
如圖1、圖2所示，本發(fā)明一實(shí)施例的一種旋轉(zhuǎn)多坩堝下降法晶體生長系統(tǒng)，包括晶體爐1、坩堝2及其支撐裝置3，其中晶體爐4包括爐體4，爐膛6和發(fā)熱體5；坩堝支撐裝置3包括升降臺(tái)301，位于升降臺(tái)301上的坩堝導(dǎo)向管支架302和導(dǎo)向管支架上的坩堝導(dǎo)向管303，與升降臺(tái)連接的引下裝置304，與引下裝置304連接的升降電機(jī)305和電源306，其中導(dǎo)向管支架302和導(dǎo)向管303之間設(shè)置有緊固裝置307，坩堝2置于坩堝導(dǎo)向管303內(nèi)；所述的坩堝支撐裝置3是可旋轉(zhuǎn)多坩堝支撐裝置，每個(gè)導(dǎo)向管支架302的下端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸308，旋轉(zhuǎn)軸308貫穿升降臺(tái)301，旋轉(zhuǎn)軸308下端伸出升降臺(tái)的部分分別連接有互相嚙合的齒輪309，其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸比其它旋轉(zhuǎn)軸長，該較長旋轉(zhuǎn)軸上的齒輪通過聯(lián)軸器3010連接一固定在升降臺(tái)上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)3011。發(fā)熱體根據(jù)生長不同晶體需要可以替換。
為了有效控制結(jié)晶時(shí)坩堝的轉(zhuǎn)速和方向，本實(shí)施例中所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)3011和電源306之間連接有數(shù)字變頻器3012。
但是在實(shí)際應(yīng)用中，可旋轉(zhuǎn)坩堝支撐裝置的引進(jìn)在晶體生長系統(tǒng)中也會(huì)產(chǎn)生一種負(fù)面效果，旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)向管會(huì)在爐膛中產(chǎn)生向上的氣流，轉(zhuǎn)速越快這種效應(yīng)就越明顯。氣流和旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)向管都會(huì)對(duì)爐膛中的溫度場(chǎng)產(chǎn)生影響，尤其是徑向等溫面的形狀會(huì)發(fā)生較大改變，沿導(dǎo)向管壁產(chǎn)生的氣流會(huì)使導(dǎo)向管的傳熱加快。這些影響都會(huì)對(duì)坩堝內(nèi)溫度場(chǎng)分布產(chǎn)生作用，影響生長中固液界面的徑向?qū)ΨQ。這些影響隨著導(dǎo)向管的旋轉(zhuǎn)速率降低迅速降低，也可以采用加厚導(dǎo)向管內(nèi)保溫層的厚度來減小這一不利因素的影響。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)多坩堝下降法晶體生長系統(tǒng)，包括晶體爐，坩堝及其支撐裝置，其中晶體爐包括爐體，爐膛和發(fā)熱體；坩堝支撐裝置包括升降臺(tái)，位于升降臺(tái)上的坩堝導(dǎo)向管支架和導(dǎo)向管支架上的坩堝導(dǎo)向管，與升降臺(tái)連接的引下裝置，與引下裝置連接的升降電機(jī)和電源，其中導(dǎo)向管支架和導(dǎo)向管之間設(shè)置有緊固裝置，坩堝置于坩堝導(dǎo)向管內(nèi)；其特征在于所述的坩堝支撐裝置是可旋轉(zhuǎn)多坩堝支撐裝置，每個(gè)導(dǎo)向管支架的下端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸貫穿升降臺(tái)，旋轉(zhuǎn)軸下端伸出升降臺(tái)的部分分別連接有互相嚙合的齒輪，其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸比其它旋轉(zhuǎn)軸長，該較長旋轉(zhuǎn)軸上的齒輪通過聯(lián)軸器連接一固定在升降臺(tái)上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)多坩堝下降法晶體生長系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)熱體根據(jù)生長不同晶體需要可以替換。
3.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)多坩堝下降法晶體生長系統(tǒng)，其特征在于所述的可旋轉(zhuǎn)多坩堝支撐裝置中旋轉(zhuǎn)電機(jī)和電源之間連接有數(shù)字變頻器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種旋轉(zhuǎn)多坩堝下降法晶體生長系統(tǒng)，它包括晶體爐、坩堝及其支撐裝置，其中晶體爐包括爐體，爐膛和發(fā)熱體；坩堝支撐裝置包括升降臺(tái)，位于升降臺(tái)上的坩堝導(dǎo)向管支架和導(dǎo)向管支架上的坩堝導(dǎo)向管，與升降臺(tái)連接的引下裝置，與引下裝置連接的升降電機(jī)和電源，其中導(dǎo)向管支架和導(dǎo)向管之間設(shè)置有緊固裝置，坩堝置于坩堝導(dǎo)向管內(nèi)；其中的坩堝支撐裝置是可旋轉(zhuǎn)多坩堝支撐裝置。采用本發(fā)明可以有效提高生長晶體的質(zhì)量，而且可以生長出高質(zhì)量的摻雜晶體，同時(shí)還能夠生長獲得現(xiàn)有多坩堝下降生長技術(shù)很難獲得的圓形晶體。
文檔編號(hào)C30B11/00GK101070608SQ200610148318
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2006年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月29日
發(fā)明者萬尤寶 申請(qǐng)人:萬尤寶