一种晶体生长装置的制作方法

专利查询2022-05-14  6



1.本实用新型涉及晶体生长技术领域,尤其涉及的是一种晶体生长装置。


背景技术:

2.晶体生长过程中,晶体生长界面的温度对晶体生长至关重要。现有技术中,随着晶体的不断生长,坩埚和加热装置是固定设置的,坩埚内熔体的液面一直处于缓慢下降状态,那么熔体的液面处的温度也是一直在变化,影响生长的晶体的质量。
3.因此,现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素:

4.本实用新型要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种晶体生长装置,旨在解决现有技术中晶体生长时熔体的液面处的温度不稳定的问题。
5.本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下:
6.一种晶体生长装置,其中,包括:
7.壳体,所述壳体上设置第一通孔;
8.籽晶杆移动组件,所述籽晶移动组件设置于所述壳体外;
9.籽晶杆,所述籽晶杆与所述籽晶杆移动组件连接并穿过所述第一通孔;
10.坩埚,所述坩埚位于所述壳体内,并用于装载熔体,所述坩埚位于所述籽晶杆下方;
11.加热装置,所述加热装置围绕所述坩埚设置;
12.红外测温器,所述红外测温器设置于所述壳体,所述红外测温器用于检测熔体的温度;
13.升降装置,所述升降装置设置于所述坩埚的底部,并用于根据所述测温器测量的温度调整所述坩埚的位置;或所述升降装置设置于所述加热装置的底部,并用于根据所述测温器测量的温度调整所述加热装置的位置。
14.所述的晶体生长装置,其中,所述壳体上设置第二通孔,所述红外测温器设置于所述第二通孔处;
15.所述晶体生长装置还包括:
16.保温罩,所述保温罩位于所述壳体内,所述保温罩设置有第三通孔;
17.所述红外测温器的感温头朝向所述坩埚,所述第二通孔和所述第三通孔均位于所述坩埚和所述感温头之间。
18.所述的晶体生长装置,其中,所述坩埚内设置有模具,所述感温头朝向所述模具的上表面。
19.所述的晶体生长装置,其中,所述壳体上设置有第四通孔;
20.当所述升降装置设置于所述坩埚的底部时,所述升降装置包括:
21.升降组件,所述升降组件设置于所述壳体外;
22.支撑组件,所述支撑组件设置于所述升降组件,所述支撑组件穿过所述第四通孔并与所述坩埚连接。
23.所述的晶体生长装置,其中,所述支撑组件包括:
24.支撑盘,所述支撑盘与所述坩埚连接;
25.支撑杆,所述支撑杆与所述支撑盘连接,所述支撑杆内形成容纳空间;
26.冷却件,所述冷却件位于所述容纳空间内以冷却所述支撑杆。
27.所述的晶体生长装置,其中,所述籽晶杆移动组件包括:
28.z轴升降装置,所述z轴升降装置设置于所述壳体外;
29.其中,所述z轴升降装置与所述籽晶杆连接。
30.所述的晶体生长装置,其中,所述籽晶杆移动组件还包括:
31.x轴平移装置,所述x轴平移装置设置于所述z轴升降装置;
32.y轴平移装置,所述y轴平移装置设置于所述x轴平移装置;
33.称重壳,所述称重壳与所述y轴平移装置连接;
34.称重传感器,设置于所述壳体内;
35.转动件,设置于所述称重传感器;
36.其中,所述转动件与所述籽晶杆连接,所述转动件用于驱动所述籽晶杆转动。
37.有益效果:通过红外测温器测量熔体的温度,并根据测温器测量的温度调整坩埚的位置或加热装置的位置,从而调整熔体的温度,确保熔体的液面处的温度稳定,以确保晶体稳定生长,提高晶体的质量。
附图说明
38.图1是本实用新型中晶体生长装置的截面图。
39.图2是图1中放大图。
40.图3是本实用新型中晶体生长装置的立体图。
41.图4是本实用新型中坩埚、保温罩以及加热装置的截面图。
42.图5是本实用新型中坩埚、保温罩以及加热装置的立体图。
43.图6是本实用新型中坩埚以及模具的截面图。
44.图7是本实用新型中升降装置的第一截面图。
45.图8是本实用新型中升降装置的立体图。
46.图9是本实用新型中升降装置的结构示意图。
47.图10是本实用新型中升降装置的第二截面图。
48.图11是本实用新型中籽晶杆移动装置的立体图。
49.图12是本实用新型中称重传感器和转动件的截面图。
50.图13是本实用新型中z轴平移装置的结构示意图。
51.图14是本实用新型中x轴平移装置和y轴平移装置的第一结构示意图。
52.图15是本实用新型中x轴平移装置和y轴平移装置的第二结构示意图。
53.图16是本实用新型中x轴平移装置和y轴平移装置的第三结构示意图。
54.附图标记说明:
55.10、壳体;11、第一通孔;12、第一管体;13、第一安装座;14、第二通孔;15、第四通
孔;20、红外测温器;21、感温头;30、籽晶杆;31、坩埚;32、加热装置;33、保温罩;331、第三通孔;34、模具;40、升降装置;41、升降组件;411、基座;412、升降螺杆;413、升降驱动件;414、升降连接件;415、升降导轨;416、升降滑块;42、支撑组件;421、支撑盘;422、支撑杆;50、z轴升降装置;51、立柱;52、z轴导轨;53、z轴螺杆;54、z轴驱动件;55、z轴连接件;56、z轴滑块;57、第五通孔;60、x轴平移装置;61、x轴导轨;62、x轴滑块;63、x轴螺杆;64、x轴驱动件;65、x轴连接件;66、第六通孔;70、y轴平移装置;71、y轴导轨;72、y轴滑块;73、y轴螺杆;74、y轴驱动件;75、y轴连接件;76、第七通孔;80、称重壳;81、第八通孔;82、称重传感器;83、转动件;831、第二安装座;832、电机;833、轴承;84、第二管体。
具体实施方式
56.为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确,以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
57.实用新型人通过研究发现,坩埚和加热装置是固定设置的,坩埚内熔体的液面一直处于缓慢下降状态,那么熔体的液面处的温度也是一直在变化。例如采用感应线圈对坩埚进行加热时,感应线圈中间位置对应的坩埚位置的温度较高,感应线圈两端位置对应的坩埚位置的温度较低,在坩埚竖直方向上,随着熔体的液面的下降,熔体的液面处的温度先增加后降低,不利于晶体生长。
58.请同时参阅图1-图16,本实用新型提供了一种晶体生长装置的一些实施例。
59.如图1-图4以及图7所示,本实用新型的一种晶体生长装置,包括:
60.壳体10,所述壳体10上设置第一通孔11;
61.籽晶杆30移动组件,所述籽晶移动组件设置于所述壳体10外;
62.籽晶杆30,所述籽晶杆30穿过所述第一通孔11并与所述籽晶杆30移动组件连接;
63.坩埚31,所述坩埚31位于所述壳体10内,并用于装载熔体,所述坩埚31位于所述籽晶杆30下方;
64.加热装置32,所述加热装置32围绕所述坩埚31设置;
65.红外测温器20,所述红外测温器20设置于所述壳体10,所述红外测温器20用于检测熔体的温度;
66.升降装置40,所述升降装置40设置于所述坩埚31的底部,并用于根据所述测温器测量的温度调整所述坩埚31的位置;或所述升降装置40设置于所述加热装置32的底部,并用于根据所述测温器测量的温度调整所述加热装置32的位置。
67.具体地,坩埚31是用于装载熔体的,例如,将氧化镓粉末放入坩埚31中后,采用加热装置32对坩埚31进行加热,并融化氧化镓粉末,得到氧化镓熔体。红外测温器20是指由于红外线辐射能的大小与物体本身的温度相对应,红外测温器20是指将熔体发射的红外线具有的辐射能转变成电信号,并根据转变成电信号大小,可以确定熔体的温度。
68.值得说明的是,通过红外测温器20测量熔体的温度,并根据测温器测量的温度调整坩埚31的位置,从而调整熔体的温度,确保熔体的液面处的温度稳定,以确保晶体稳定生长,提高晶体的质量。
69.具体地,为了晶体生长不受外界影响,将坩埚31放置在壳体10内,通过壳体10隔离
坩埚31和外界。加热装置32是指对坩埚31加热的装置,加热装置32可以是感应线圈,当然还可以采用其它加热装置32,例如,采用电阻加热装置。感应线圈可以位于保温罩33外。通过感应线圈产生高频磁场,坩埚31在高频磁场作用下产生感应电流,利用感应电流和坩埚31内磁场的作用引起坩埚31自身发热而进行加热。坩埚31采用导体材料制成,具体地,坩埚31可以采用铱坩埚31或铱合金坩埚31。
70.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中,如图1-图3所示,所述壳体10上设置第二通孔14,所述红外测温器20设置于所述第二通孔14处;所述晶体生长装置还包括:
71.保温罩33,所述保温罩33位于所述壳体10内,所述保温罩33设置有第三通孔331;
72.所述红外测温器20的感温头21朝向所述坩埚31,所述第二通孔14和所述第三通孔331均位于所述坩埚31和所述感温头21之间。
73.具体地,为了维持坩埚31内的温度,在坩埚31外设置保温罩33,保温罩33可以有隔热材料制成,例如,氧化锆等材料制成保温罩33。保温罩33分成两部分,保温罩33包括:上罩和下罩,下罩围绕坩埚31设置,维持坩埚31处的温度的稳定,上罩位于下罩和坩埚31上,上罩用来维持坩埚31上方的温度的稳定。
74.具体地,通过在壳体10上设置红外测温器20,且红外测温器20的感温头21朝向坩埚31,第二通孔14和第三通孔331均位于坩埚31和感温头21之间,坩埚31中熔体辐射的红外线可以依次穿过第三通孔331和第二通孔14,直接到达红外测温器20的感温头21,因此,红外测温器20可以准确测量坩埚31内熔体的温度。
75.本实用新型晶体生长装置采用熔融法生长晶体,熔融法包括:导模法和提拉法,提拉法是采用籽晶杆30直接将籽晶下降到熔体的液面,感温头21指向坩埚31时,可以直接检测坩埚31内熔体的温度。导模法中,坩埚31内放置有模具34,模具34将坩埚31内的熔体虹吸至模具34的上表面,并采用籽晶杆30将籽晶下降到模具34的上表面。
76.需要说明的是,籽晶杆30在下降到熔体的液面时,需要穿过保温罩33,例如,可以是穿过保温罩33的第三通孔331,也就是说,第三通孔331不仅供籽晶杆30穿过,还可以供熔体辐射的红外线穿过。共用第三通孔331时,有利于提高保温罩33的保温效果。且第三通孔331位于保温罩33的顶部,第三通孔331位于保温罩33上远离坩埚31的一端,减小了第三通孔331对保温罩33内的温度和坩埚31的温度的影响。
77.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中,如图1、图6和图7所示,所述坩埚31内设置有模具34,所述感温头21朝向所述模具34的上表面。
78.具体地,由于籽晶与熔体接触处的温度对晶体的生长较重要,将感温头21朝向模具34的上表面,当熔体虹吸至模具34的上表面时,感温头21可以直接检测模具34的上表面的熔体的温度。
79.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中,所述第二通孔14有两个,所述红外测温器20包括:第一红外测温器20和第二红外测温器20。
80.具体地,为了增加温度测量的准确性,可以采用多个红外测温器20,当然,采用多个红外测温器20时,对应有多个第二通孔14。本实施例中,采用两个红外测温器20,则有两个第二通孔14。两个红外测温器20分别朝向坩埚31的不同位置,从而可以检测坩埚31不同位置的温度。例如,坩埚31中放置有模具34,第一红外测温器20朝向模具34的上表面,第二红外测温器20朝向坩埚31,则第一红外测温器20可以测量模具34的上表面的熔体的温度,
第二红外测温器20可以测量坩埚31内熔体的温度。
81.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中,所述第三通孔331为长条形通孔,两个所述第二通孔14的中心轴线均穿过所述长条形通孔。
82.具体地,第三通孔331采用长条形通孔,两个第二通孔14的中心轴线均穿过长条形通孔,也就是说,第一红外测温器20和第二红外测温器20共用一个第三通孔331,可以减少保温罩33上第三通孔331的数量,有利于提高保温罩33的保温效果。
83.两个第二通孔14位于第一通孔11两侧,两个第二通孔14和第一通孔11位于同一条直线上,且该直线平行于长条形通孔的长度方向。
84.两个所述第二通孔14分别位于所述第一通孔11的两侧,所述籽晶杆30可插入到所述第三通孔331中。具体地,壳体10上设置有第一通孔11,籽晶杆30从第一通孔11插入到壳体10内,且籽晶杆30从第三通孔331插入到保温罩33内,并到达坩埚31处。第一通孔11可以位于第三通孔331的正上方,籽晶杆30插入到第一通孔11中后,继续移动籽晶杆30,可以插入到第三通孔331中。
85.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中,如图1-图2所示,所述第二通孔14内设置有第一管体12,所述第一管体12向背离坩埚31的方向延伸;所述第一管体12上设置有第一安装座13;所述第一安装座13上设置所述红外测温器20。
86.具体地,为了避免红外测温器20受到损坏,在壳体10的第二通孔14内设置第一管体12,并在第一管体12上设置第一安装座13,第一安装座13用于安装红外测温器20。
87.本技术以升降装置设置于坩埚20的底部为例进行说明。
88.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中,如图7-图8所示,所述壳体10上设置有第四通孔15;当所述升降装置设置于所述坩埚的底部时,所述升降装置40包括:
89.升降组件41,所述升降组件41设置于所述壳体10外;
90.支撑组件42,所述支撑组件42设置于所述升降组件41,所述支撑组件42穿过所述第四通孔15并与所述坩埚31连接(当然,当升降装置设置于所述加热装置的底部时,支撑组件42穿过所述第四通孔15并与加热装置32连接)。
91.具体地,支撑组件42为杆状,支撑组件42的的一端连接坩埚31底部,另一端连接升降组件41,在升降组件41的驱动下,支撑组件42可以带动坩埚31升起或降落。
92.具体地,所述支撑组件42包括:
93.支撑盘421,所述支撑盘421与所述坩埚31连接(当然,当升降装置设置于所述加热装置的底部时,支撑盘421与加热装置32连接);支撑杆422,所述支撑杆422与所述支撑盘421连接,所述支撑杆422内形成容纳空间;冷却件,所述冷却件位于所述容纳空间内以冷却所述支撑杆422。
94.具体地,如图6-图10所示,在本实施方式中,支撑杆422为竖直设置,支撑杆422的的顶端连接支撑盘421,该支撑盘421可以为圆盘或其他形状,支撑杆422的底端连接升降组件41,支撑杆422的内部为中空结构,用于放置冷却件,该冷却件可以调节支撑杆422的温度。
95.进一步的,所述冷却件可以采用水冷冷却件。具体地,水冷冷却件是指采用水进行冷却的冷却件,例如,容纳空间内设置进水管,且容纳空间的开口处连接有出水管,进水管可以通入水,进水管的水可以进入到容纳空间内,容纳空间内的水通过出水管排出容纳空
间,从而实现对支撑组件42进行冷却。
96.在一种较佳的实施方式中,如图6和图7所示,所述升降组件41和所述坩埚31分别位于所述壳体10的两侧,也就是说,升降组件41位于壳体10外侧;所述支撑杆422位于所述第四通孔15内;所述支撑杆422外设置有密封波纹管,所述密封波纹管的两端分别与所述支撑杆422、所述壳体10连接。
97.具体地,所述升降组件41位于所述壳体10的外侧,所述坩埚31位于所述壳体10的内侧,所述支撑杆422穿过所述第四通孔15连接到坩埚31的底部,在支撑杆422的外部还设有密封波纹管,密封波纹管的一端与支撑杆422紧密贴合连接,所述密封波纹管的另一端连接到壳体10上的第四通孔15。
98.进一步的,如图6和图7所示,为了更好的固定密封波纹管,在支撑杆422的中部还设有波纹管的法兰,该波纹管的法兰可以固定设置在支撑杆422上,其数量可以设置为一个或多个,所述波纹管的一端与所述波纹管的法兰固定连接,所述波纹管的另一端连接到壳体10上的第四通孔15。
99.在一种较佳的实现方式中,如图6-图10所示,所述升降组件41包括:基座411,所述基座411设置于所述壳体10;升降螺杆412,所述升降螺杆412与所述基座411转动连接;升降驱动件413,所述升降驱动件413设置于所述基座411,所述升降驱动件413与所述升降螺杆412连接以驱动所述升降螺杆412转动;升降连接件414,所述升降连接件414设置于所述支撑组件42,所述升降连接件414与所述升降螺杆412转动连接。
100.具体地,基座411设置于所述壳体10的下端,所述基座411可以与所述壳体10可拆卸连接,所述升降螺杆412与所述支撑杆422平行设置,所述升降螺杆412至少为一个或多个,在本实施方式中,所述升降螺杆412为一个,所述升降螺杆412设置在所述基座411内,升降螺杆412与所述基座411转动连接,升降连接件414设于所述支撑组件42上,升降连接件414用于连接升降螺杆412和支撑组件42,在一种较佳的实施方式中,所述升降螺杆412为丝杠螺杆,所述丝杠螺杆通过配套的丝杠螺母固定在升降连接件414上。
101.如图6-图10所示,升降驱动件413设置在基座411,升降驱动件413可以为升降减速电机832,具体地,该升降减速电机832可以设置在丝杠螺杆的下端,丝杠螺杆升降减速电机832通过升降联轴器连接,从而将驱动力从升降减速电机832传递到丝杠螺杆,当升降减速电机832驱动螺杆转动时,从而带动支撑杆422上升或者下降,即带动坩埚31上升或者下降。进一步的,所述升降联轴器外还设有升降联轴器外套,用于连接减速电机832,增加升降装置40的安全性。
102.在上述实施方式的基础上,如图9所示,所述基座411上设置有升降导轨415;所述升降连接件414上设置有升降滑块416,所述升降滑块416与所述升降导轨415滑动连接。
103.具体地,在本实施方式中,基座411上设置有升降导轨415,所述升降导轨415沿竖直方向设置,升降连接件414与螺杆组件的支撑杆422可拆卸固定连接,且升降连接件414上设有升降滑块416,所述升降滑块416与所述升降导轨415相匹配,具体地,升降驱动件413带动升降螺杆412转动时,升降螺杆412的转动使得升降连接件414上的升降滑块416在升降导轨415上上下移动,从而使得支撑杆422带动坩埚31上下移动。同时,在基座411靠近壳体10的位置设有螺杆固定板,螺杆固定板与升降螺杆412转动连接。
104.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中,如图3和图13所示,所述籽晶杆30移
动组件包括:
105.z轴升降装置50,所述z轴升降装置50设置于所述壳体10外;
106.其中,所述z轴升降装置50与所述籽晶杆30连接。
107.具体地,通过设置z轴升降装置50,对籽晶杆30进行沿z轴方向进行升降。也就是说,对生长的晶体沿z轴方向(竖直方向)移动,从而实现晶体的生长。
108.所述z轴升降装置50包括:
109.立柱51,设置于所述壳体10;
110.z轴导轨52,设置于所述立柱51;
111.z轴螺杆53,与所述立柱51转动连接;
112.z轴驱动件54,设置于所述立柱51,所述z轴驱动件54与所述z轴螺杆53连接以驱动所述z轴螺杆53转动;
113.z轴连接件55,所述z轴连接件55与所述z轴螺杆53转动连接;
114.z轴滑块56,所述z轴滑块56与所述z轴连接件55连接,z轴滑块56与z轴导轨52滑动连接,所述z轴滑块56与所述籽晶杆30连接。
115.具体地,立柱51可以设置在壳体10上,也可以直接安装在地面上,立柱51上设置有z轴导轨52,z轴导轨52是指沿竖直方向延伸的导轨,z轴滑块56与z轴导轨52滑动连接,z轴滑块56沿z轴导轨52的长度方向(即竖直方向)滑动,则可以带动籽晶杆30上下移动。
116.z轴螺杆53与立柱51转动连接,具体地,z轴螺杆53两端通过轴承与立柱51转动连接,z轴驱动件54用于驱动z轴螺杆53转动,z轴连接件55一端与z轴滑块56连接,另一端与z轴螺杆53转动连接,当z轴连接件55与z轴螺杆53转动时,z轴连接件55沿z轴螺杆53的长度方向(即竖直方向)移动,则z轴连接件55可带动z轴滑块56沿z轴螺杆53的长度方向(即竖直方向)移动。
117.具体地,z轴连接件55和z轴螺杆53可以形成滚珠丝杠,滚珠丝杠将回转运动转化为直线运动,也就是说,将z轴驱动件54驱动z轴螺杆53的回转运动,转化为z轴连接件55带动z轴滑块56的直线运动,该直线运动为沿z轴方向的直线运动。
118.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中,如图11-图16所示,所述籽晶杆30移动组件还包括:
119.x轴平移装置60,所述x轴平移装置60设置于所述z轴升降装置50;
120.y轴平移装置70,所述y轴平移装置70设置于所述x轴平移装置60;
121.称重壳80,所述称重壳80与所述y轴平移装置70连接;
122.称重传感器82,设置于所述壳体10内;
123.转动件83,设置于所述称重传感器82;
124.其中,所述转动件83与所述籽晶杆30连接,所述转动件83用于驱动所述籽晶杆30转动。
125.x轴平移装置60是指在水平面内沿x轴方向移动的装置,y轴平移装置70是指在水平面内沿y轴方向移动的装置,转动件83是指在水平面内转动籽晶杆30的器件,通过x轴平移装置60可以调整籽晶杆30在x轴方向上的位置,通过y轴平移装置70可以调整籽晶杆30在y轴方向上的位置,结合x轴平移装置60和y轴平移装置70可以调整籽晶杆30在水平面内的位置,通过转动件83可以转动籽晶杆30,也就是说,驱动籽晶杆30自转,从而可以改变籽晶
杆30所朝向的方向。尤其是对于导模法,生长的籽晶呈片状,片状籽晶需要与模具34的上表面平行,一旦片状籽晶与模具34的上表面具有夹角时,则需要通过转动件83转动籽晶杆30,使得片状籽晶重新与模具34的上表面平行。
126.值得说明的是,本实用新型通过在z轴升降装置50上设置x轴平移装置60,并设置y轴平移装置70,将籽晶杆30与转动件83连接,转动件83通过称重传感器82与称重壳80连接,且称重壳80与y轴平移装置70连接,通过x轴平移装置60、y轴平移装置70以及转动件83可以调整籽晶杆30在水平面内的位置,从而调整籽晶杆30上的籽晶在水平面内的位置。
127.由于晶体生长过程中,晶体所处的气氛对晶体生长较为重要,本实用新型将转动件83设置在称重壳80内,将称重壳80与壳体10连接起来,可以避免籽晶杆30在移动过程中造成壳体10内的气体泄漏,当然,称重壳80上设置有第八通孔81,籽晶杆30从第八通孔81处延伸至称重壳80外,且壳体10上设置有第一通孔11,籽晶杆30从第一通孔11伸入到壳体10内。
128.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中,如图12所示,所述称重壳80的内侧壁上设置有称重传感器82,所述转动件83位于所述称重传感器82下方并与所述称重传感器82连接,所述称重传感器82与所述称重壳80的顶壁具有间隔。
129.具体地,称重传感器82位于称重壳80内,可以避免称重传感器82受到影响。籽晶杆30与称重传感器82连接,在晶体生长之前,籽晶杆30的重量是固定的,则称重传感器82检测的重量是固定值。称重传感器82上连接籽晶杆30时,籽晶杆30向下移动,称重传感器82向下变形。
130.值得说明的是,通过在籽晶杆30上设置称重传感器82,称重传感器82与称重壳80的内侧壁连接,通过称重传感器82检测籽晶杆30的重量,若籽晶杆30碰撞到其它器件,则称重传感器82检测到籽晶杆30的重量会降低,从而可以避免籽晶杆30损坏其它器件。
131.称重传感器82是设置在称重壳80的内侧壁上,并不是设置在称重壳80的顶壁上,籽晶杆30在碰到其他器件(如,模具34)时,籽晶杆30可以向上移动,称重传感器82也可以向上产生形变,称重传感器82与顶壁之间的间隔可以对称重传感器82的形变进行避位,从而可以快速检测到籽晶杆30碰到其他器件,且防止籽晶杆30损坏其他器件,也避免籽晶损坏。
132.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中,如图12所示,所述称重传感器82水平设置,所述称重传感器82的两端分别连接所述称重壳80、所述籽晶杆30。
133.具体地,称重传感器82水平设置,且称重传感器82的两端分别连接称重壳80、籽晶杆30时,可以对籽晶杆30的重量变化具有较大的反映,便于缩短称重传感器82的响应时间。称重传感器82水平设置时,可以允许称重传感器82向上弯曲变形,以便为籽晶杆30碰到其他器件时,避免称重传感器82干涉籽晶杆30向上移动。
134.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中,如图12所示,所述转动件83包括:
135.第二安装座831,与所述称重传感器82连接;
136.电机832,设置于所述第二安装座831,所述电机832的输出轴与所述籽晶杆30连接;
137.轴承833,所述轴承833的外圈设置于所述第二安装座831,所述轴承833的内圈与所述籽晶杆30连接。
138.具体地,电机832启动时,输出轴转动,并带动籽晶杆30转动。电机832可以采用步
进电机832,可以实现籽晶杆30在小范围内的转动。为了使籽晶杆30的平稳的转动,在第二安装座831上设置轴承833,轴承833的外圈与第二安装座831连接,轴承833的内圈与籽晶杆30连接,籽晶杆30在电机832的带动下转动时,不会在水平面内发生位移或抖动,提高籽晶杆30转动的平稳性。
139.第二安装座831包括:外框以及与外框连接的l形件,l形件与称重传感器82连接,电机832和轴承833位于外框内。通过设置l形件使得电机832的中心轴线穿过称重传感器82的中间位置,也就是说,籽晶杆30的中心轴线也是穿过称重传感器82的中间位置,转动件83和籽晶杆30的重心位于称重传感器82的中间位置的下方,有利于称重传感器82进行准确的称重。
140.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中,如图11-图16所示,所述x轴平移装置60包括:
141.x轴导轨61,设置于所述z轴滑块56;
142.x轴滑块62,与所述x轴导轨61滑动连接;
143.x轴螺杆63,与所述z轴滑块56转动连接;
144.x轴驱动件64,设置于所述z轴滑块56,所述x轴驱动件64与所述x轴螺杆63连接以驱动所述x轴螺杆63转动;
145.x轴连接件65,设置于x轴滑块62,所述x轴连接件65与所述x轴螺杆63转动连接。
146.具体地,z轴滑块56上设置有x轴导轨61,x轴导轨61是指水平面内沿x轴方向延伸的导轨,x轴滑块62与x轴导轨61滑动连接,x轴滑块62沿x轴导轨61的长度方向(即x轴方向)滑动,则可以带动籽晶杆30沿x轴方向移动。
147.x轴螺杆63与z轴滑块56转动连接,具体地,x轴螺杆63两端通过轴承与z轴滑块56转动连接,x轴驱动件64用于驱动x轴螺杆63转动,x轴连接件65一端与x轴滑块62连接,另一端与x轴螺杆63转动连接,当x轴连接件65与x轴螺杆63转动时,x轴连接件65沿x轴螺杆63的长度方向(即x轴方向)移动,则x轴连接件65可带动x轴滑块62沿x轴螺杆63的长度方向(即x轴方向)移动。
148.具体地,x轴连接件65和x轴螺杆63可以形成滚珠丝杠,滚珠丝杠将回转运动转化为直线运动,也就是说,将x轴驱动件64驱动x轴螺杆63的回转运动,转化为x轴连接件65带动x轴滑块62的直线运动,该直线运动为沿x轴方向的直线运动。
149.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中,如图11-图16所示,所述y轴平移装置70包括:
150.y轴导轨71,设置于所述x轴滑块62;
151.y轴滑块72,与所述y轴导轨71滑动连接;
152.y轴螺杆73,与所述x轴滑块62转动连接;
153.y轴驱动件74,设置于所述x轴滑块62,所述y轴驱动件74与所述y轴螺杆73连接以驱动所述y轴螺杆73转动;
154.y轴连接件75,设置于y轴滑块72,所述y轴连接件75与所述y轴螺杆73转动连接。
155.具体地,x轴滑块62上设置有y轴导轨71,y轴导轨71是指水平面内沿y轴方向延伸的导轨,y轴滑块72与y轴导轨71滑动连接,y轴滑块72沿y轴导轨71的长度方向(即y轴方向)滑动,则可以带动籽晶杆30沿y轴方向移动。
156.y轴螺杆73与x轴滑块62转动连接,具体地,y轴螺杆73两端通过轴承与x轴滑块62转动连接,y轴驱动件74用于驱动y轴螺杆73转动,y轴连接件75一端与y轴滑块72连接,另一端与y轴螺杆73转动连接,当y轴连接件75与y轴螺杆73转动时,y轴连接件75沿y轴螺杆73的长度方向(即y轴方向)移动,则y轴连接件75可带动y轴滑块72沿y轴螺杆73的长度方向(即y轴方向)移动。
157.具体地,y轴连接件75和y轴螺杆73可以形成滚珠丝杠,滚珠丝杠将回转运动转化为直线运动,也就是说,将y轴驱动件74驱动y轴螺杆73的回转运动,转化为y轴连接件75带动y轴滑块72的直线运动,该直线运动为沿y轴方向的直线运动。
158.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中,如图12、图14以及图16所示,所述z轴滑块56上设置有第五通孔57,所述x轴平移装置60上设置有第六通孔66,所述y轴平移装置70上设置有第七通孔76,所述称重壳80上设置有第八通孔81;所述籽晶杆30依次穿过所述第八通孔81、所述第七通孔76、所述第六通孔66以及第五通孔57。
159.具体地,z轴滑块56、x轴平移装置60、y轴平移装置70、称重壳80依次设置,称重壳80位于上方,z轴滑块56位于下方,壳体10位于z轴滑块56下方,由于籽晶杆30需要伸入到壳体10中,籽晶杆30需要依次穿过称重壳80、y轴平移装置70、x轴平移装置60、z轴滑块56,在称重壳80的底部设置第八通孔81,在y轴滑块72上设置第七通孔76,在x轴滑块62上设置第六通孔66,在z轴滑块56上设置第五通孔57。籽晶杆30依次穿过第八通孔81、第七通孔76、第六通孔66以及第五通孔57。
160.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中,如图12、图14以及图16所示,所述第八通孔81的边缘设置有第二管体84,所述第二管体84围绕所述籽晶杆30外,所述第二管体84依次穿过所述第七通孔76、所述第六通孔66以及第五通孔57;所述第二管体84上设置有密封波纹管,所述密封波纹管围绕所述籽晶杆30。
161.具体地,由于称重壳80与壳体10连通,通常采用密封波纹管连接称重壳80和壳体10,晶体在生长时,通常是在隔绝外界环境的情况下生长的,更具体地,是在某一些气氛中生长的,因此,通过设置密封波纹管,即使称重壳80在移动的过程中,称重壳80通过密封波纹管与壳体10实现密封连接,称重壳80的移动不会造成壳体10内的气氛的改变。为了避免在移动籽晶杆30的过程中密封波纹管对x轴平移装置60和z轴滑块56造成干涉,先在称重壳80底部连接第二管体84,且第二管体84依次穿过第七通孔76、第六通孔66以及第五通孔57,与密封波纹管相比,第二管体84不易变形,在移动籽晶杆30的过程中,第二管体84不会碰到第七通孔76的边缘、第六通孔66的边缘以及第五通孔57的边缘,也就不会对x轴平移装置60和z轴滑块56造成干涉。
162.然后在第二管体84上设置密封波纹管,由于密封波纹管可以伸缩,在密封波纹管伸缩时,为了使密封波纹管不影响籽晶杆30。密封波纹管的一端通过kf法兰与第二管体84的边缘连接,密封波纹管的另一端与壳体10连接,从而确保籽晶杆30在沿z轴方向移动时,不会改变炉体内的气体成分,也就是说,将炉体和壳体10连接起来。
163.上述实施例的晶体生长装置采用如下晶体生长方法进行晶体生长:
164.本实用新型实施例的晶体生长方法,包括以下步骤:
165.步骤s100、提供籽晶和原料,并将所述籽晶装载在籽晶杆上,将所述原料放入坩埚中。
166.具体地,原料是指生长晶体的原料,原料和籽晶根据所需要生长的晶体确定,例如,生长氧化镓晶体时,则原料可以是氧化镓粉末,籽晶是氧化镓籽晶。在晶体生长时,将籽晶装载在籽晶杆上,并将原料导入坩埚中。在加热之前,可以先在壳体内通入所需要的气体,例如,可以通入一定组分的气体,该气体包括:氧气、惰性气体以及二氧化碳。
167.步骤s200、采用加热装置加热所述坩埚以将所述原料融化成熔体。
168.具体地,采用加热装置加热坩埚,以融化原料得到熔体。例如,加热装置采用感应线圈,在感应线圈中通入高频电流,加热坩埚。在加热原料时,可以先采用较大功率快速加热原料使原料融化,然后降低功率使熔体稳定在第一预设温度,第一预设温度是指晶体生长过程中引晶的温度。
169.步骤s300、采用红外测温器测量得到熔体的第一温度。
170.具体地,在加热原料的过程中,可以采用红外测温器检测原料的温度,在晶体生长之前,检测得到熔体的第一温度。
171.所述坩埚内设置有模具;所述红外测温器包括:第一红外测温器,所述第一红外测温器的感温头朝向所述模具的上表面的熔体。步骤s300具体包括:
172.步骤s310、采用所述第一红外测温器测量得到熔体的第一温度。
173.具体地,由于第一红外测温器对准模具的上表面,可以检测模具的上表面的熔体的温度,在采用导模法时,籽晶是接触模具的上表面的温度,更准确地反映了引晶时熔体的温度。
174.步骤s400、当所述第一温度为第一预设温度时,采用所述籽晶杆移动组件移动所述籽晶杆至熔体的表面以在所述籽晶上生长晶体。
175.具体地,当第一温度为第一预设温度时,说明可以进行晶体生长了,则采用籽晶杆移动组件下降籽晶杆,使籽晶与熔体的表面接触,然后缓慢升起籽晶杆,熔体不断在籽晶上生长,从而开始生长晶体。
176.步骤s500、在晶体生长过程中,采用所述红外测温器测量得到熔体的第二温度。
177.具体地,在晶体生长过程中,继续采用红外测温器测量熔体的第二温度。
178.所述红外测温器还包括:第二红外测温器,所述第二红外测温器的感温头朝向所述坩埚内的熔体。步骤s500具体包括:
179.在晶体生长过程中,采用所述第二红外测温器测量得到熔体的第二温度。
180.具体地,在晶体生长过程中,由于生长的晶体会遮挡模具的上表面的熔体,第一红外测温器无法准确测量模具的上表面的熔体的温度,因此,采用第二红外测温器测量坩埚内熔体的温度,得到熔体的第二温度。
181.步骤s600、当所述第二温度不为所述第二预设温度时,采用籽晶杆移动组件改变所述籽晶杆的位置,并采用升降装置改变所述坩埚的位置或所述加热装置的位置以调整所述熔体的第二温度。
182.具体地,在晶体生长过程中,由于熔体不断固化成晶体,坩埚内的熔体不断减少,熔体的液面不断下降,熔体的温度不断变化,不同的温度下,晶体生长情况不相同,因此,需要调节熔体的温度,具体地,本实用新型通过升降装置改变坩埚的位置,从而调节熔体的温度。
183.为了确定坩埚的熔体在加热装置中不同位置的温度,可以将先将坩埚升降到不同
位置,并通过红外测温装置检测刚果在不同位置对应的温度。在晶体生长过程中,尤其是在晶体稳定生长阶段中,熔体液面下降的速度是固定的,则可以通过升降装置改变坩埚的位置的幅度也是可以确定的,通过调整熔体的温度。需要说明的是,晶体生长过程通常包括:引晶阶段、缩颈阶段、扩肩阶段以及稳定生长阶段。
184.第二预设温度是指晶体生长过程的温度,具体可以是晶体生长过程中稳定生长阶段的温度,当红外测温器测量的熔体的第二温度不为第二预设温度时,则采用升降装置改变坩埚的位置以调整熔体的第二温度,使熔体的第二温度稳定在第二预设温度,需要说明的是,第二预设温度可以是一个温度值或一个温度范围,该温度范围较窄,利于确保晶体生长的温度,提高晶体生长的质量。
185.应当理解的是,本实用新型的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

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