管式生长炉制造技术

本发明专利技术公开了一种管式生长炉，通过简单管式炉体组合而制造出较大温度梯度的方案，包括一个较小圈径的加热炉圈(上炉)，一个较大圈径的加热炉圈(下炉)，梯度区，以及相应的保温隔热材料。解决一些晶体结晶过冷度较大单晶生长所需大温度梯度的问题，大大增加了炉体温度梯度的可调范围，为一些高品质晶体的生长提供新的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
管式生长炉
本专利技术涉及晶体结晶
，具体涉及一种管式生长炉。
技术介绍
一些结晶过冷度较大的晶体如AgGaS2，AgGaSe2等在生长时，要求在晶体生长固液界面所在位置有较大的温度梯度(一般大于30℃)，以抑制组分过冷以及尽可能保证自发成单核生长，其生长炉理想温场曲线如图1所示，图1示出了生长炉的理想温场分布示意图。以往所采用的方法是通过两组加热器为基础的两温区生长炉生长晶体。这种生长炉一般采用保温隔热材料包裹螺旋状电阻丝呈圆柱状结构，上、下炉均为螺旋状电阻线圈、控温热电偶、控温系统所组成的相互独立的控温系统，上炉控为高温，下炉控为低温，上、下炉的温度差形成温度梯度，要增加温度梯度就必须要提高上炉的温度或者降低下炉的温度，但是根据晶体的生长工艺，高温区与低温区的温度往往只能在一个工艺许可的小范围波动，梯度区一般只有12-15℃/cm的温度梯度，很难达到30℃/cm的温度梯度，造成晶体生长时固液界面温度梯度过小，严重影响晶体质量。该种管式梯度生长炉缺点：1、难以在过渡区形成较大的温度梯度。2、温度梯度的可调范围很小。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种管式生长炉，用于解决一些晶体结晶过冷度较大单晶生长所需大温度梯度的问题。考虑到现有技术的上述问题，根据本专利技术公开的一个方面，本专利技术采用以下技术方案：一种管式生长炉，它包括高温区炉圈、低温区炉圈、高温区控温热偶、低温区控温热偶、保温层、上炉型腔和下炉型腔，所述高温区炉圈设置所述上炉型腔内，所述低温区炉圈设置所述低温区炉圈内，所述保温层围在所述上炉型腔和下炉型腔上，所述高温区控温热偶与所述高温区炉圈连接，所述低温区控温热偶与所述低温区炉圈连接。为了更好地实现本专利技术，进一步的技术方案是：根据本专利技术的一个实施方案，所述保温层为保温棉。根据本专利技术的另一个实施方案，所述高温区控温热偶穿过所述保温层与所述高温区炉圈连接。根据本专利技术的另一个实施方案，所述低温区控温热偶穿过所述保温层与所述低温区炉圈连接。根据本专利技术的另一个实施方案，所述上炉型腔小于所述下炉型腔。本专利技术还可以是：根据本专利技术的另一个实施方案，所述高温区炉圈和/或低温区炉圈为加热电阻丝缠制而成的管式线圈。根据本专利技术的另一个实施方案，所述高温区炉圈与所述低温区炉圈之间存在一个温度梯度区。与现有技术相比，本专利技术的有益效果之一是：本专利技术的一种管式生长炉，通过上炉控为高温，下炉控为低温，可在梯度区形成较大的温度梯度，而且可以通过增加上炉温度，减小下炉温度，减小上炉圈径，增大下炉圈径，增大梯度区的温度梯度，还可以通过适当调整梯度区的长度调整其间的温度梯度，因而解决了一些晶体结晶过冷度较大单晶生长所需大温度梯度的问题，并增大了温度的可调范围。附图说明为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。图1示出了生长炉的理想温场分布示意图。图2示出了根据本专利技术一个实施例的管式生长炉结构示意图。其中，附图中的附图标记所对应的名称为：1－高温区炉圈，2－低温区炉圈，3－高温区控温热偶，4－低温区控温热偶，5－保温层，6－上炉型腔，7－下炉型腔，8－温度梯度区。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。如图2所示，一种管式生长炉，它包括高温区炉圈1、低温区炉圈2、高温区控温热偶3、低温区控温热偶4、保温层5、上炉型腔6和下炉型腔7，所述高温区炉圈1设置所述上炉型腔6内，所述低温区炉圈2设置所述低温区炉圈2内，所述保温层5围在所述上炉型腔6和下炉型腔7上，所述高温区控温热偶3与所述高温区炉圈1连接，所述低温区控温热偶4与所述低温区炉圈2连接。所述高温区炉圈1与所述低温区炉圈2之间存在一个温度梯度区8。通过以上管式炉体拼接而制造出较大温度梯度的简单结构，可解决一些晶体结晶过冷度较大单晶生长所需大温度梯度的问题，同时还大大增加了炉体温度梯度的可调范围，为一些高品质晶体的生长提供新的解决方案。所述上炉型腔6小于所述下炉型腔7，高温区炉圈1也小于低温区炉圈2。所述保温层5可以为保温棉或其他保温隔热材料。所述高温区控温热偶3穿过所述保温层5与所述高温区炉圈1连接。所述低温区控温热偶4穿过所述保温层5与所述低温区炉圈2连接。所述高温区炉圈1和/或低温区炉圈2为加热电阻丝缠制而成的管式线圈。另一实施例，一段圈径较小螺旋状加热电阻线圈(上炉)，一段圈径较大螺旋状加热电阻线圈(下炉)，中央的梯度区，外围的保温隔热材料，两个控温热电偶，以及一套控温系统6个部分组成。所述上炉圈径较小的螺旋状电阻线圈，电阻丝的可通过螺旋缠制或者其他方法制成，电阻丝的粗细、长度、圈径、螺距可根据实际情况进行选择。所述下炉圈径较大的螺旋状电阻线圈，电阻丝的可通过螺旋缠制或者其他方法制成，电阻丝的粗细、长度、圈径、螺距可根据实际情况进行选择。所述整个炉体是用保温隔热材料对上下炉进行圆筒状包裹而成，最终炉体呈圆柱状，包裹保温隔热材料的厚度可根据实际炉体所需要的散热性能进行调节。所述梯度区为上、下炉中央的间隔区域，其不宜太大也不宜太小，太大造成整体温度梯度变小，太小容易造成上、下炉温场相互影响过大导致温度梯度减小。可根据实验晶体生长所需温度梯度以及梯度区长度进行调整。所述圈径较大较小，是指上炉较之下炉圈径小。上、下炉的圈径可通过实际所需温度梯度进行调整，减小上炉圈径或增大下炉的圈径皆可以增大梯度区的温度梯度所述两根控温热电偶偶头分别插入上、下炉圈表面处，热电偶所处炉体的位置可以通过实际需求进行调整。热电偶的型号、规格可根据实际实验需求进行选择。所述控温系统是通过两个控温热电偶反馈温度进行自主调节，将高低温区控制在一个稳定的温度值。另一实施例，根据实验需求，将一个长度150mm，圈径40mm，螺距1mm，Φ1.5的炉圈作为上炉，一个长度800mm，圈径76mm，螺距2.5mm，Φ1.5的炉圈作为下炉，梯度区的长度定位30mm，将以上材料组合成一个本专利技术的大温度梯度炉体，将上炉控温为850℃，下炉控温为400℃，在上炉后端的梯度区可形成一个较大的温度梯度区，其平均温度梯度可达22.5℃/cm，最大温度梯度可达30℃/cm。另一实施例，一种简易的大温度梯度管式炉体，包括一个较小圈径的电阻加热炉圈(上炉)，一个较大圈径的电阻加热炉圈(下炉)，梯度区，控温系统，热电偶，保温隔热材料。上炉或下炉使用的加热电阻丝缠制而成的管式线圈，其圈径较下炉小，其，规格，长度，粗细，圈径，螺距皆可根据实际需求进行调整。上、下炉中只要是圈径一个较大一个较小的管式电阻丝缠制炉体组合，上炉控温为高温，下炉控温为低温，皆属于本专利技术的涉及范畴。梯度区，其长度应适合，不宜太长太短，但可根据实际实验需求，在适合的范围内进行调整，同时梯度区的长度变化将会造成温度梯度的变化。热电偶能够较精确地回馈反应炉体内温度以及其变化，其规格，长度，接入方式皆可根据实际实验需求进行自行选定。控温系统能够通过与热电偶所回馈的温度以及温度变化，将炉体内热偶所在位置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管式生长炉，其特征在于它包括高温区炉圈(1)、低温区炉圈(2)、高温区控温热偶(3)、低温区控温热偶(4)、保温层(5)、上炉型腔(6)和下炉型腔(7)，所述高温区炉圈(1)设置所述上炉型腔(6)内，所述低温区炉圈(2)设置所述低温区炉圈(2)内，所述保温层(5)围在所述上炉型腔(6)和下炉型腔(7)上，所述高温区控温热偶(3)与所述高温区炉圈(1)连接，所述低温区控温热偶(4)与所述低温区炉圈(2)连接。

【技术特征摘要】
1.一种管式生长炉，其特征在于它包括高温区炉圈(1)、低温区炉圈(2)、高温区控温热偶(3)、低温区控温热偶(4)、保温层(5)、上炉型腔(6)和下炉型腔(7)，所述上炉型腔(6)小于所述下炉型腔(7)，所述高温区炉圈(1)设置所述上炉型腔(6)内，所述低温区炉圈(2)设置所述下炉型腔(7)内，所述高温区炉圈(1)与所述低温区炉圈(2)之间存在一个温度梯度区(8)，所述保温层(5)围在所述上炉型腔(6)和下炉型腔(7)上，所述高温区控温热偶(3)与所述高温区炉圈(1)连接，所述低温区控温热偶(4)与所述低温区炉圈(2)连接；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：方攀，康彬，窦云巍，唐明静，袁泽锐，张羽，尹文龙，陈莹，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，四川省新材料研究中心，
类型：发明
国别省市：四川;51