多区域可变功率密度加热器装置制造方法及图纸

一种加热器包括多个区域，其中至少两个区域具有彼此不同的可变功率密度梯度。具有不同可变功率密度梯度的区域的加热器可以用于在所述加热器的一个或多个方向上控制所述加热器的热量输出和温度分布。所述加热器可以用来，例如，控制在垂直方向上的温度分布。

Multi region variable power density heater device

A heater includes a plurality of regions in which at least two regions have variable power density gradients that are different from each other. A heater with different variable power density gradients can be used to control the heat output and temperature distribution of the heater in one or more directions of the heater. The heater can be used, for example, to control the temperature distribution in a vertical direction.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求在2014年2月21日提交的、题为“多区域可变功率密度加热器装置容器及其使用方法”的美国临时申请号61/942,904以及在2014年5月19日提交的、题为“多区域可变功率密度加热器装置容器及其使用方法”的美国临时申请号62/000,189的优先权和权益，其中每一个的公开内容通过引用以其整体并入本文。
本技术涉及一种加热器设计，包括这样的加热器的容器，以及利用这样的加热器和/或包括这样的加热器的容器处理材料的方法。
技术介绍
在垂直梯度凝固(VGF)晶体生长过程中，坩埚的内容物被加热，并创建温度梯度以创造冷区并允许晶体凝固和生长。这需要在坩埚的垂直方向上的温度梯度，而在晶体生长界面处减小在径向方向上的温度梯度。该过程还需要温度梯度分布，以跟随晶体生长界面向上移动。所述的温度分布可以通过使用多区域的外部石墨加热器或通过晶体生长过程中改变在垂直方向上的坩埚和加热器的相对位置而实现。当前的方法和系统具有这样的缺点：该系统和过程仍然导致由在晶体生长界面处的径向温度梯度所产生的热应力。这会导致增加的晶体畸变，该晶体畸变导致较低的晶体质量和产量。
技术实现思路
本技术提供了一种加热器配置。在一个方面，本技术提供了包括多个区域的加热器，每个区域由通过所述加热器的长度设置的电极路径所限定，至少两个区域具有通过每个区域的长度的可变功率密度梯度，并且所述至少两个区域的所述可变功率密度梯度是彼此不同的。在另一个方面，本技术提供了一种加热器，其包括上端；下端；具有上下端之间垂直取向的长度的第一电极路径，所述第一电极路径具有在其路径的长度上变化的第一路径宽度；和具有上下端之间垂直取向的长度的第二电极路径，所述第二电极路径具有在其路径的长度上变化的第二路径宽度；其中所述第一电极路径具有第一可变功率密度梯度，所述第二电极路径具有第二可变功率密度梯度，并且第一可变功率密度梯度与第二可变功率密度梯度不同。在一个方面，本技术提供了一种加热材料的方法，其包括：(i)提供接近待加热材料的加热器，所述加热器包括：上端；下端；具有上下端之间垂直取向的长度的第一电极路径，所述第一电极路径具有在其路径的长度上变化的第一路径宽度；和具有上下端之间垂直取向的长度的第二电极路径，所述第二电极路径具有在其路径的长度上变化的第二路径宽度；其中所述第一电极路径具有第一可变功率密度梯度，所述第二电极路径具有第二可变功率密度梯度，并且第一可变功率密度梯度与第二可变功率密度梯度不同；和(ii)形成从所述加热器的下端到所述加热器的上端的温度梯度，以通过调整施加到第一和第二电极路径的功率输入以加热材料；其中施加到第一电极路径的功率输入与施加到第二电极路径的功率输入不同。在一个实施方案中，根据本技术的一个或多个方面的加热器可以是独立的加热器结构。在一个实施方案中，根据本技术的一个或多个方面的加热器与这样的结构成为一体，例如，容器，并被提供作为所述容器的表面上的电极薄膜。在一个实施方案中，根据本技术的加热器被提供作为坩埚的外表面上的电极薄膜。根据本技术的加热器可以在各种应用中使用。在一个实施方案中，根据本技术的加热器适合用作在垂直梯度凝固过程中的加热器。具有不同的可变功率密度梯度的多区加热器提供了这样的加热器：允许控制整体温度并控制用于特定应用的温度梯度。所述加热器也允许更精确的控制和调整至坩埚表面的热通量分布。所述加热器可以提供在垂直方向和径向方向上的加热分布的控制。这在应用如晶体生长过程中可以是有益的。通过参考附图和详细说明描述和进一步理解该技术的这些和其它方面。附图说明图1A-1F示出了根据本技术加热器的电极路径可具有的可变功率密度梯度的实例；图2是根据本技术的实施方案的包括加热器设计的容器的正视图；图3是图2的容器的仰视图；图4是图2和3的容器的透视图；和图5是示出根据本技术的实施方案的用加热器配置加热的容器的垂直轴上的功率密度组合的图。所述附图不是按比例绘制的，除非另有说明。附图是用于说明本技术的方面和实施方案的目的，并不旨在将本技术限制于其中所示的那些方面。本技术的方面和实施方案可以参照以下的详细描述进一步理解。具体实施方式本技术提供了一种加热器设计。所述加热器设计提供了多个电极路径，每个路径限定具有功率密度梯度的区域。所述路径的至少两个具有彼此不同的可变功率密度梯度。所述加热器允许通过控制施加到每个区域的功率来控制沿加热器长度的温度分布。所述加热器包括通过所述加热器的长度设置的多个电极路径，每个路径限定具有功率密度梯度的区域。所述电极路径可被设置成使得所述路径的主要部分相对于所述加热器结构的下端和上端垂直或水平延伸。在一个实施方案中，所述电极路径可被配置成使得所述电极路径的主要部分基本上沿所述加热器设计的垂直轴延伸。所述加热器被设置成使得所述区域的至少两个具有可变功率密度梯度。电极路径的可变功率密度梯度是通过提供具有沿所述电极路径的长度发生变化的的宽度的电极路径提供。所述功率密度在具有较窄路径宽度的区域较大，并且所述功率密度在具有较宽路径宽度的区域较小。从所述路径/加热器的下端向所述路径的上端增大所述路径的宽度提供了从所述路径/加热器的下端向所述路径/加热器的上端减小的功率密度梯度。从所述路径/加热器的下端向所述路径的上端减小所述路径的宽度提供了从所述路径/加热器的下端向所述路径/加热器的上端增大的功率密度梯度。所述功率密度梯度的斜率可以根据在所述路径长度上的电极路径宽度的变化率来控制或配置。图1A-1F示出了能够提供的可变功率密度梯度曲线的实例。如在图1A和1B中所示出的，所述路径的宽度的变化率可以是从所述路径的下端向所述路径的上端恒定，以提供相对线性的功率密度梯度。在其他实施方案中，在所述路径的宽度上的变化率不必是恒定的，从而提供非线性的或弯曲的功率密度梯度，如在图1C和1D中所示出的。在又一实施方案中，所述路径宽度可以被配置为提供具有阶梯函数的可变功率密度梯度，如在图1E和1F中所示出的。在图1A-1F中所示出的功率密度梯度曲线仅是可以通过调节路径宽度来生成的可能的可变密度梯度的实例。应当认识到，具有不同斜率、曲线形状、阶梯状等的其它可变功率密度梯度可以根据需要被创建。在所述加热器设计中，提供了至少两个电极路径具有不同的可变功率密度梯度。可以根据需要为特定目的或预期应用来选择每个路径的可变功率密度梯度。在一个实施方案中，所述加热器设计包括(a)具有从所述加热器的下端向上端增加的可变功率密度梯度的第一电极路径，和(b)具有从所述加热器的下端向所述加热器的上端减小的可变功率密度梯度的第二电极路径。在另一个实施方案中，所述加热器设计包括(a)具有从所述加热器的下端向上端减小的可变功率密度梯度的第一电极路径，和(b)具有从所述加热器的下端向所述加热器的上端增加的可变功率密度梯度的第二电极路径。在又一个实施方案中，所述加热器设计包括(a)具有从所述加热器的下端向上端增加的可变功率密度梯度的第一电极路径，和(b)具有从所述加热器的下端向所述加热器的上端增加的可变功率密度梯度的第二电极路径，其中所述第一电极路径的可变功率密度梯度与所述第二电极路径的可变功率密度梯度不同。在又一实施方案中，所述加热器设计包括(a)具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括多个区域的加热器，每个区域由通过所述加热器的长度设置的电极路径限定，至少两个区域具有通过每个区域的长度的可变功率密度梯度，其中所述至少两个区域的可变功率密度梯度是彼此不同的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.21 US 61/942,904;2014.05.19 US 62/000,1891.一种包括多个区域的加热器，每个区域由通过所述加热器的长度设置的电极路径限定，至少两个区域具有通过每个区域的长度的可变功率密度梯度，其中所述至少两个区域的可变功率密度梯度是彼此不同的。2.根据权利要求1所述的加热器，其中所述区域在所述加热器中垂直取向。3.根据权利要求1所述的加热器，其中所述至少两个区域中的一个的可变功率密度梯度沿所述区域的长度增加，而所述至少两个区域中的另一个的可变功率密度梯度沿所述区域的长度减小。4.根据权利要求1所述的加热器，其中所述至少两个区域的可变功率密度梯度在各区域的长度上增加。5.根据权利要求1所述的加热器，其中所述至少两个区域的可变功率密度梯度在各区域的长度上减小。6.根据权利要求1所述的加热器，其中所述加热器是独立的结构。7.根据权利要求1所述的加热器，其中所述电极路径由设置在基底表面上的薄膜形成。8.一种加热器，其包括：上端；下端；具有在上端和下端之间垂直取向的长度的第一电极路径，所述第一电极路径具有在其路径的长度上变化的第一路径宽度；和具有在上端和下端之间垂直取向的长度的第二电极路径，所述第二电极路径具有在其路径的长度上变化的第二路径宽度；其中所述第一电极路径具有第一可变功率密度梯度，所述第二电极路径具有第二可变功率密度梯度，且第一可变功率密度梯度与第二可变功率密度梯度不同。9.根据权利要求8所述的加热器，其中所述第一可变功率密度梯度在路径的长度上增加，且所述第二可变功率密度梯度在路径的长度上减小。10.根据权利要求8所述的加热器，其中所述第一可变功率密度梯度在路径的长度上增加，且所述第二可变功率密度梯度在路径的长度上增加。11.根据权利要求8所述的加热器，其中所述第一可变功率密度梯度在路径的长度上减小，且所述第二可变功率密度梯度在路径的长度上减小。12.根据权利要求8所述的加热器，其中所述加热器包括选自碳、石墨、碳键合的碳纤维、碳化硅、金属、金属碳化物、金属氮化物、金属硅化物，或它们的两种或更多种的组合的材料。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆中浩，罗希特·阿伦·波赛尔，杰奎琳·M·莫尔，苏达山·纳塔拉詹，约瑟夫·帕特里克·雷耶斯，
申请(专利权)人：莫门蒂夫性能材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US