多温区发热体及其制作方法技术

一种用于晶体生长的多温区发热体及其制作方法，该方法是将不同阻值的发热元件组合在一起，或对一个发热筒体进行开槽处理，形成一串连的具有不同电阻值的加热电路发热体。电流通过不同阻值区段时产生不同的热量，从而形成不同的温区；通过改变各区段之间相对的阻值大小或长度大小，可以改变各温区的作用范围和梯度值。本发明专利技术不仅有利提高设置温场的灵活性，降低生长控制的难度和成本，还有利于保持温场的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶体生长，特别是一种应用于晶体生长炉的可以有效建立合适温度梯度场的。
技术介绍
生长高质量的晶体的一个很重要的条件就是要有一个合适的温度场。生长系统中的温度分布或者说晶体中、熔体中以及固-液界面上的温度梯度对晶体的质量有决定性的影响。然而，不同的晶体有不同的特性，需要控制的主要缺陷也往往不同，它们对于温场条件的要求自然也不相同。因此，所谓合适的温场并没有一个严格的判据。一般来说，对于掺杂晶体需要有大的温度梯度(特别是界面附近)，而不掺杂的晶体或者容易开裂的晶体，需要采用较小的温度梯度；另外，一般采用平的(或微凸)的界面来生长晶体时，则有助于晶体均匀性的改善。不过，在特定的条件下，采用凸界面生长晶体也有它有利的一面。当然，生长任何晶体都要求有一个径向对称分布的热环境。总之，一个优化的生长系统要求温场具有较灵活的可调节性，以满足不同晶体的生长需要。晶体生长过程中温度场的分布主要由保温层的构造、坩埚在发热体中的位置以及冷却介质的流量等因素决定。其中改变坩埚的位置及冷却介质的流量对温场的调节效果有限，而改变保温层的设置虽然可以达到较为理想的调节效果，但其实现周期较长，且需要耗费大量的人力物力。值得注意的是，晶体生长所需的热量是由发热体产生并通过辐射的方式施加至生长区的，如能使发热体直接产生温度梯度，则是调节温场分布最为有效的方法。目前，在电阻加热的提拉法(参见Chemical Engineering Science 2004，591437～1457)、热交换法(参见Journal of Crystal Growth 1979，46601-606)、温梯法(参见Journal of Crystal Growth 1998，193123-126)等晶体生长炉中，多采用简单的波浪式回路发热体，这种发热体自身不产生温度梯度；在多发热体提拉法、布里奇曼法和双加热温梯法中，虽然可以多个分立的发热体来产生温度梯度，但它大大增加了设备的成本和控制的难度，也影响温场的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是改进上述现有发热体的设计，提供一种用于晶体生长的，使温场的建立更经济、快捷，增加温场调节的灵活性，即对发热体进行简单的调整就可以适用于不同种类晶体的生长。本专利技术的技术解决方案如下一种用于晶体生长的多温区发热体的制作方法，该方法是将不同阻值的发热元件组合在一起，或对一个发热筒体进行开槽处理，形成一串连的具有不同电阻值的加热电路。采用石墨、钼、钨或其他发热体材料制备几组宽度不同的发热体板条，该板条的厚度、长度和数量视所需的温场而定，采用铆接、焊接或其它方式将同一阻值板条的左上部和右下部间隔地相互串连接在一起形成几组波状发热元件，再将这几组不同阻值的元件连接在一起形成一串连电路。采用石墨、钼、钨或其他发热体材料制成发热筒，然后在发热筒上开槽，通过改变槽的间隔来改变发热元件的阻值，形成由多个不同阻值区段相互串连的整体。所述的多温区发热体由下列三个发热元件组按下列方式构成发热元件组A由两块弦宽为2WA、高度为HA、厚度为T的圆弧形发热的第一瓦片和第二瓦片组成，它们相对坚直地放置在一直径为D的圆上，并保持彼此之间不接触；发热元件组B由八块弦宽为WB、高度为HB、厚度为T的圆弧形发热瓦片构成，其中任意两个第三瓦片、第四瓦片为一组，第三瓦片的右下角与第四瓦片的左下角相连，其余部分不接触，形成一个“U形”元件，如此每两个瓦片相连，形成四个“U形”元件；将这四个“U形”元件依次坚直放置在直径为D的圆上，并保持彼此之间不接触；发热元件组C由十六块弦宽为WC、高度为HC、厚度为T的圆弧形发热瓦片构成，其中任意四个第五瓦片、第六瓦片、第七瓦片、第八瓦片为一组，第五瓦片的右上角与第六瓦片的左上角相连，第六瓦片的右下角与第七瓦片的左下角相连，第七瓦片的右上角与第八瓦片的左上角相连，其余部分不接触，形成一个“M形”元件；如此每四个瓦片相连，形成四个“M形”元件；将这四个“M形”元件依次坚直放置于直径为D的圆上，并保持彼此之间不接触； 发热元件组A与发热元件组B的连接方式为发热元件组A中两个第一瓦片、第二瓦片的顶面分别与发热元件组B中两个相对的“U形”元件的底面相连，其余部分不接触；发热元件组B与发热元件组C的连接方式为发热元件组B中任一个“U形”元件的两个顶面分别与发热元件组C中两个“M形”元件的相邻的两个瓦片的底面相连。所述的发热元件之间的连接为焊接、铆接，或通过对完整的发热筒开槽时保持连接部分不割断来实现。所述的三个发热元件组A、B、C的高度HA、HB、HC分别介于0与发热体的总高度H之间，并且HA+HB+HC＝H。本专利技术多温区发热体的特点如下1、是具有多个阻值区段，可以产生多个温区，并且可以通过调整各个阻值段的高度和比例来灵活地调整温场的分布。2、本专利技术的发热体各个阻值区段有机地连接成一个整体，使得生长系统只需要一套温度控制装置，这不仅简化了操作，降低了成本，还有利于保持温场的稳定。3、本专利技术的发热体特别适用于垂直温度梯法晶体生长炉，也适用于其它电阻加热的晶体生长方法，如电阻加热提拉法、布里奇曼法、热交换法中。附图说明图1为本专利技术多温区发热体具体实施例的剖视结构示意2为按照本专利技术制作的几个石墨发热体实施例应用于温梯法晶体生长炉时生长区内的轴向温度分布具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。先请参阅图1，图1为本专利技术多温区发热体的一个实施例的剖视结构示意图，由图可见，本专利技术所述的多温区发热体，由下列三个发热元件组按下列方式构成发热元件组A由两块弦宽为2WA、高度为HA、厚度为T的圆弧形发热的第一瓦片1和第二瓦片2组成，它们相对坚直地放置在一直径为D的圆上，并保持彼此之间不接触； 发热元件组B由八块弦宽为WB、高度为HB、厚度为T的圆弧形发热瓦片构成，其中任意两个第三瓦片3、第四瓦片4为一组，第三瓦片3的右下角与第四瓦片4的左下角相连，其余部分不接触，形成一个“U形”元件，如此每两个瓦片相连，形成四个“U形”元件；将这四个“U形”元件依次坚直放置在直径为D的圆上，并保持彼此之间不接触；发热元件组C由十六块弦宽为WC、高度为HC、厚度为T的圆弧形发热瓦片构成，其中任意四个第五瓦片5、第六瓦片6、第七瓦片7、第八瓦片8为一组，第五瓦片5的右上角与第六瓦片6的左上角相连，第六瓦片6的右下角与第七瓦片7的左下角相连，第七瓦片7的右上角与第八瓦片8的左上角相连，其余部分不接触，形成一个“M形”元件；如此每四个瓦片相连，形成四个“M形”元件；将这四个“M形”元件依次坚直放置于直径为D的圆上，并保持彼此之间不接触；发热元件组A与发热元件组B的连接方式为发热元件组A中两个第一瓦片1、第二瓦片2的顶面分别与发热元件组B中两个相对的“U形”元件的底面相连，其余部分不接触；发热元件组B与发热元件组C的连接方式为发热元件组B中任一个“U形”元件的两个顶面分别与发热元件组C中两个“M形”元件的相邻的两个瓦片的底面相连。所述的三个发热元件组A、B、C的高度HA、HB、HC分别介于0与发热体的总高度H之间，并且HA+HB+HC＝H。可以任意改意它们之间的高度比，来实现对温场的调整。下面是具体实施例实施例1采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于晶体生长的多温区发热体的制作方法，特征在于该方法是将不同阻值的发热元件组合在一起，或对一个发热筒体进行开槽处理，形成一串连的具有不同电阻值的加热电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李红军，苏良碧，徐军，钱小波，周国清，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]