一种电阻加热垂直多坩埚晶体下降法生长系统技术方案

本发明专利技术涉及一种晶体生长装置，尤其是一种采用垂直多坩埚下降法生长晶体的装置。这种电阻加热垂直多坩埚下降晶体生长系统，包括晶体炉、坩埚、晶体台和温度控制装置。晶体炉炉体从外到内包括外壳、保温棉、保温砖层、耐火层、摩根砖、工字砖层和支撑架，其中耐火层位于炉膛附近高温区，摩根砖位于炉膛中下部。这种电阻加热垂直多坩埚下降晶体生长系统能同时生长多根乃至数十根晶体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种晶体生长装置，尤其是一种采用垂直多坩埚下降法生长晶体的装置。
技术介绍
现有专利技术专利“坩埚下降法生长钨酸铅闪烁大单晶的制备方法”(申请号94114075.X)中也涉及了同时生长2、4或8根晶体的下降法生长炉，可能是考虑到更多根晶体生长时温度场远远偏离传统的圆形径向对称温度场，专利技术者没有进行更多根或奇数根晶体生长系统的设计，限制了这种生长系统在批量生长中的应用。专利“坩埚下降法生长钨酸铅闪烁大单晶的制备方法”专利技术者作出了将生长系统用于同时多根晶体生长的尝试，这种晶体生长系统均只能够一次生长为数较少的晶体，提高晶体产量只能够采用重复使用多台生长炉的方法进行，在晶体批量生产中效率较低，成本过高，这也是目前人工单晶体相对于同种类的玻璃、陶瓷等价格偏高的重要原因。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种由计算机程序控制温度的一次可以生长多根甚至数十根晶体的晶体生长装置。为实现本专利技术的目的，本说明书提供了这种电阻加热垂直多坩埚下降晶体生长系统，包括晶体炉、坩埚、晶体台和温度控制装置，其中晶体炉包括炉体、发热体和炉膛，坩埚位于晶体台上，用于置放生长晶体的原料，晶体台位于晶体炉下方，在其自带的升降装置控制下能做受控垂直升降运动，将晶体台上的装有原料的坩埚装置送入晶体炉炉膛内，温度控制装置通过线缆连接发热体。所述的晶体炉炉体从外到内包括外壳、保温棉、保温砖层、耐火层、摩根砖、工字砖层和支撑架，其中耐火层位于炉膛附近高温区，摩根砖位于炉膛中下部；所述的坩埚装置包括导向管、保温粉、坩埚、坩埚体内熔体以及籽晶和已经生长的晶体；所述的温度控制装置包括单片机、可控硅、温度检测探头和变压器，其中单片机通过稳压器上的电源线接入电源，通过信号线连接置于晶体炉炉膛内的温度传感器，通过数据线连接计算机，受计算机程序控制，可控硅通过信号线从单片机接入控制信号，通过导线连接变压器输出控制，变压器通过电缆连接晶体炉上的发热体。所述的晶体炉炉体外壳可以采用铝合金罩、不锈钢底座的复合结构，也可以全部采用不锈钢；所述的保温棉采用硅酸铝保温棉或氧化铝耐火棉或氧化锆耐火棉；保温砖层的厚度左右比前后与不同，左右加厚，顶面在中间位置加厚；耐火层采用氧化铝泡沫砖或氧化镁耐火砖；所述的工字砖层由摩根砖砌成，其位置及尺寸相对应于坩埚上的导向管匹配；所述的保温粉采用氧化铝粉末或氧化锆粉末。所述的发热体根据生长不同晶体需要可以替换，在生长1000℃以下温度的晶体时可以采用电阻丝或硅碳棒，在生长1000～1300℃的晶体时可以采用硅碳棒或硅钼棒，在生长1300～1600℃的晶体时可以采用硅钼棒。本装置能够提供准方形径向温度场，生长中的坩埚中熔体稳定但物料输运速率不快，适宜于生长方形结构、组分离子有效分凝系数接近的晶体。本专利技术的目的，特征及优点将结合实施例，参照附图作进一步的说明。附图说明图1是本专利技术结构示意图；图2是图1中坩埚装置的结构示意图；其中1为晶体炉、2为发热体、3为炉膛、4为外壳、5为保温棉、6为保温砖层、7为耐火层、8为摩根砖、9为工字砖层、10为晶体台升降装置、11为炉体支撑架、12为单片机、13为可控硅、14为温度传感器、15为变压器、16为稳压器、17为晶体台、18为温度控制装置、19为坩埚装置、20为导向管、21为保温粉、22为坩埚、23为熔体、24为籽晶、25为正在生长的晶体。具体实施例方式参照上图，提供下述实施例。通过实施例将有助于理解本专利技术，但不限制本专利技术的内容。本领域的普通技术人员能从本专利技术公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本专利技术的保护范围。实施例1本实施例为一个能够同时生长20根尺寸为30×30×230mm晶体的多坩埚下降法生长系统。钨酸铅晶体为四方结构晶体，沿、和等主要晶体方向生长时晶体外形为长方体，适合于本系统进行晶体生长。根据钨酸铅晶体的物化性能参数，晶体的生长点纵向温度曲线中第2段为1210℃左右，引下速率1.0mm/h。系统温度传感器采用S型温度传感器14。本系统采用10个坩埚装置19，一个坩埚装置19内一次生长1根30×30×470mm的钨酸铅晶体，根据成品尺寸要求，这样一根晶体可以切割成两根，因此一次可以得到20根晶体。本生长系统炉体采用不锈钢外壳4，保温棉5采用硅酸铝纤维保温棉，可以耐温1350℃。保温砖层6采用黄色高铝粘土砖，耐火层7采用高铝泡沫砖，在炉顶加高15mm，在硅钼棒冷端保温采用加厚处理。中间发热体直接近邻的部分和工字砖层9采用摩根砖，工字砖厚2mm，砖间距10.5×6.5mm，高度6mm。坩埚22采用纯度为99.95％铂金。保温粉21采用高纯氧化铝粉末，导向管20采用高纯氧化铝刚玉陶瓷套管，套管外壁尺寸为100×60×275mm，采用4根套管叠加，其中底部套管有底，叠加的缝隙要小，不要让氧化铝粉外漏。系统控温采用70根Pt/Pt-10％Rh温度传感器14控温。其中60根用于导向管内检测晶体生长时温度变化情况，每个导向管20中安置六根温度传感器14，分成三排成对放置在接近坩锅22外壁相应于坩埚22籽晶24与原料交界处、坩埚22中间和坩埚22距顶部20mm处，温度传感器14金属线不能与铂金坩埚22壁直接接触。四根温度传感器14用于检测四个发热体附近的温度变化情况，直接放在炉膛3长壁中间位于发热体2边缘的摩根砖8边。另外四根温度传感器14分别放在炉膛3相应于工字砖层9底面每个长壁和每个宽壁的中部位置，其余两根位于炉堂顶部每个宽壁的中间，它们用来检测晶体生长过程中炉膛温度的对称性。炉体中发热体2采用四根尺寸均为290mm的发热段Φ9mm的直形硅钼棒，硅钼棒采用两根并联后两组串联的方式连接，硅钼棒和变压器之间采用大电流电缆线连接。导向管20采用刚玉材料，导向管20内保温粉21为高纯氧化铝粉末，坩埚22在导向管20内的位置和温度传感器14的位置相对应。导向管20支架和晶体台17之间采用可以旋转的永磁铁来固定。晶体台升降装置10为单片机控制的电机，精度可达到0.1mm。上述构造的生长系统可以同时一次生长20根尺寸为30×30×230cm的优质钨酸铅晶体，由于系统测温点多达70个，可以实时知道整个温场以及炉膛3中各个关键部位的温度变化情况，以便及时对生长系统进行控制，促进晶体生长的稳定性，本系统可以进行钨酸铅晶体稳定生产，也可以用于掺杂改性钨酸铅晶体生长和生产。实施例2Yb2O3掺杂钨酸铅晶体垂直多坩埚生长系统本实施例为一个能够同时生长10根尺寸为23×23×260mmYb2O3掺杂钨酸铅闪烁晶体的多坩埚下降法生长系统，生长晶体的物化性能参数与实施例1基本相同。温度传感器14放置与实施例1相同，采用40根S型温度传感器14控温。本系统采用5个坩埚22，一个坩埚22一次生长1根30×30×470mm的Yb2O3掺杂钨酸铅晶体，根据成品尺寸要求，这样一根晶体可以切割成两根，因此一次可以得到10根晶体。实施例3Bi2O3掺杂钨酸铅晶体垂直多坩埚生长系统本实施例为一个能够同时生长10根尺寸为23×23×260mmRi2O3掺杂钨酸铅闪烁晶体的多坩埚下降法生长系统，生长晶体的物化性能参数与实施例2基本相同。本系统采用5个坩埚22，一个坩埚22一次生长1根30×30×470mm的Bi2O3掺杂钨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻加热垂直多坩埚下降法晶体生长系统，包括晶体炉（１）、坩埚装置（１９）、晶体台（１７）和温度控制装置（１８），其中晶体炉（１）包括炉体、发热体（２）和炉膛（３），坩埚装置（１９）位于晶体台（１７）上，用于置放生产晶体的原料，晶体台（１７）位于晶体炉（１）下方，在其自带的升降装置控制下能做垂直升降运动，将晶体台（１７）上的装有原料的坩埚装置（１９）送入晶体炉（１）炉膛（３）内，温度控制装置（１８）通过线缆连接发热体（２），其特征是：所述的晶体炉（１）炉体从外到内包括外壳（４）、保温棉（５）、保温砖层（６）、耐火层（７）、摩根砖（８）、工字砖层（９）和炉体支撑架（１１），其中耐火层位于炉膛附近高温区，摩根砖（８）位于炉膛中下部；所述的坩埚装置（１９）包括导向管（２０）、保温粉（２１）、坩埚（２２）、坩埚（２２）内的熔体（２３）以及籽晶（２４）和正在生长的晶体（２５）；所述的温度控制装置包括单片机（１２）、可控硅（１３）、温度传感器（１４）和变压器（１５），其中单片机通过稳压器（１６）上的电源线接入电源，并通过信号线连接置于晶体炉（１）炉膛（３）内的温度传感器（１４），及通过数据线连接计算机，受计算机程序控制，可控硅（１３）通过信号线从单片机（１２）接入控制信号，通过电源线连接变压器（１５）输出控制，变压器（１５）通过电缆连接晶体炉（１）上的发热体（２）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：万尤宝，黄国松，张建新，
申请(专利权)人：嘉兴学院，嘉兴市晶英光电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]