一种坩埚下降法单晶生长炉及其应用的制作方法
专利名称：一种坩埚下降法单晶生长炉及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及晶体的生长技术领域，更具体地说，是涉及一种坩埚下降法单晶生长 炉及其应用。
背景技术：
晶体材料在现代技术材料领域尤其是在新能源、光电技术以及微电子等领域都具 有着至关重要的作用，而晶体的生长质量以及成本等已经成为其规模发展和应用的制约因 素。晶体的生长技术主要采用提拉法，泡生法、温度梯度法、导模法、热交换法以及坩埚下降 法等，综合上述各种晶体的生长技术，坩埚下降法具有温场稳定，易于控制等优势，采用坩 埚下降法生长出的晶体内应力小，在加工过程中不易出现应力释放型碎裂，晶体外形还可 以控制，使得晶体的利用效率高，这样就利于加工成本的减低。特别是在温场稳定时，采用 坩埚下降法生长的晶体中的位错密度低，故此，坩埚下降法已经成为一种常用的晶体生长 技术。但是传统的单晶生长炉仍存在以下不足之处炉体设计和结构不易于安装和维护，使 用不方便；坩埚进出料往往会触碰到炉体内的保温层和发热体，而保温层和发热体经过高 温加热后强度会大大降低，经常触动极易损坏，这样不仅会破坏温场的稳定性和工艺的可 重复性，还会造成单晶生长炉的正常使用周期变短，平均一个月就要更换一次发热体和内 侧保温层，极大地增加了设备成本。
发明内容
针对现有技术中存在的坩埚进出料容易触动保温层和发热体，以致炉体的温场不 稳定、正常使用周期变短的问题，本发明的目的是提供一种能有效避免坩埚进出料时对保 温层和发热体触动的坩埚下降法单晶生长炉及其应用，以提高晶体生长的稳定性、可靠性 和重复性，降低晶体的生长成本。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下本发明提供的坩埚下降法单晶生长炉，包括设有密闭腔体的炉体，密闭腔体内设 有坩埚，还包括垂直移动机构，所述炉体的炉底板以及炉底板内侧的保温层上开有中心孔， 中心孔与密闭腔体贯通，所述垂直移动机构穿过中心孔并沿炉体的中心轴上下移动；所述 垂直移动机构与炉体密闭连接时，其伸入密闭腔体的一端位于密闭腔体的上端并与坩埚连 接固定。所述单晶生长炉还包括联接管，所述联接管设于炉体的外侧并与炉体的下端相连
ο所述垂直移动机构包括下炉盖、炉盖保温层、支撑棒、坩埚架以及升降机，所述炉 盖保温层设于下炉盖上方并与其连接固定，所述炉盖保温层的形状与中心孔的形状相匹 配，所述下炉盖的直径大于炉盖保温层的直径；所述支撑棒垂直穿过下炉盖以及炉盖保温 层并与它们连接固定，所述坩埚架设于支撑棒的上方并与其连接固定；所述升降机设于支 撑棒的下方并与其连接固定。
所述炉体自上而下包括上炉盖、上炉膛以及下炉膛，所述上炉盖以及上炉膛、上炉 膛以及下炉膛、下炉膛以及炉底板之间均采用分体结构密闭连接。所述炉体采用中空结构，中空结构内部通冷却水。所述炉体采用不锈钢板。所述不锈钢板的厚度为10mm。本发明所述的坩埚下降法单晶生长炉可用于蓝宝石、钛宝石、YAG系列激光晶体或 闪烁晶体的生长。与现有技术相比，采用本发明的坩埚下降法单晶生长炉，可有效避免坩埚进出料 时对保温层和发热体的触动，消除炉体的温场不稳定因素，提高单晶生长炉的可靠性，延长 其使用寿命，有效提高晶体生长的稳定性、可靠性和重复性，及降低晶体的生长成本。
图1是本发明的坩埚下降法单晶生长炉的一种结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。实施例请参阅图1所示本发明的坩埚下降法单晶生长炉，包括炉体11以及垂直移动机 构13，炉体11内设有密闭腔体17，密闭腔体17的上端设有坩埚12，炉体11的炉底板114 以及炉底板114内侧的保温层15上开有中心孔16，中心孔16与密闭腔体17贯通，垂直移 动机构13穿过中心孔16并沿炉体11的中心轴上下移动；垂直移动机构13与炉体11密闭 连接时，其伸入密闭腔体17的一端与坩埚12连接固定。炉体11自上而下包括上炉盖111、 上炉膛112以及下炉膛113，上炉盖111以及上炉膛112、上炉膛112以及下炉膛113、下炉 膛113以及炉底板114之间均采用分体结构密闭连接。上炉盖111通过螺栓接口密封连 接于上炉膛112的顶端，以后仅需打开上炉盖111就可以进行检查或维护，便于操作。上炉 膛112通过螺栓密封连接于下炉膛113顶部，在装炉时，将上炉盖111和上炉膛112 —并移 开，就有足够的空间进行内部组件的安装，便于安装。下炉膛113和炉底板114通过螺栓密 封连接在一起。上炉盖是分体的，它和上炉膛是通过螺栓密封连接的，以后在进行检查维护 时仅需打开上炉盖，便于维护。垂直移动机构13包括下炉盖131、炉盖保温层132、支撑棒 133、坩埚架134以及升降机135，炉盖保温层132设于下炉盖131上方并与其连接固定，炉 盖保温层132的形状与中心孔16的形状相匹配，下炉盖131的直径大于炉盖保温层132的 直径；支撑棒133垂直穿过下炉盖131以及炉盖保温层132并与它们连接固定，坩埚架134 设于支撑棒133的上方并与其连接固定；升降机135设于支撑棒133的下方并与其连接固 定。在晶体生长过程的原料进料阶段，通过升降机135启动与支撑棒133相连的坩埚12带 动下炉盖131 —起下降，装料完成以后再一起上升，使得下炉盖131和炉底板114快速接头 密封连接，通过晶体生长工艺完成晶体生长，待温度降至室温以后，同样通过升降机135启 动与支撑棒133相连的坩埚12带动下炉盖131 —起下降，完成晶体的出料，整个过程不触 动炉体11内的加热装置18和保温层19，避免了对经过高温环境后各方面性能下降的加热 装置18和保温层19的损害，降低了炉体的温场不稳定因素，提高了单晶生长炉的可靠性，同时延长了生长炉的使用寿命，降低了设备成本。炉体11采用中空结构，中空结构内部通 冷却水，炉体11采用厚度为IOmm不锈钢板。单晶生长炉还包括联接管14，联接管14设于 炉体11的外侧，联接管14的一端与炉体11的下端相连通，另一端与侧面的真空管道(图 中未示出)相连接，联接管14主要用于集成温度、抽真空及气氛气体填充的测控接口，减少 高温炉壁上的接口数，降低安全隐患，提高设备的可靠性，同时也增加检修的便捷性。本发明的单晶生长炉，可广泛应用于多种晶体的生长，例如蓝宝石，YAG系列激光 晶体，钛宝石、闪烁晶体等高熔点的晶体，能有效提高晶体生长的稳定性、可靠性和重复性， 同时因为操作方便，不易损坏炉体的发热体和保温层，降低了晶体的生长成本。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的 目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变 化、变型都将落在本发明的权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种坩埚下降法单晶生长炉，包括设有密闭腔体的炉体，密闭腔体内设有坩埚，其特 征在于还包括垂直移动机构，所述炉体的炉底板以及炉底板内侧的保温层上开有中心孔， 中心孔与密闭腔体贯通，所述垂直移动机构穿过中心孔并沿炉体的中心轴上下移动；所述 垂直移动机构与炉体密闭连接时，其伸入密闭腔体的一端位于密闭腔体的上端并与坩埚连 接固定。
2.根据权利要求1所述的坩埚下降法单晶生长炉，其特征在于所述单晶生长炉还包 括联接管，所述联接管设于炉体的外侧并与炉体的下端相连通。
3.根据权利要求1所述的坩埚下降法单晶生长炉，其特征在于所述垂直移动机构包 括下炉盖、炉盖保温层、支撑棒、坩埚架以及升降机，所述炉盖保温层设于下炉盖上方并与 其连接固定，所述炉盖保温层的形状与中心孔的形状相匹配，所述下炉盖的直径大于炉盖 保温层的直径；所述支撑棒垂直穿过下炉盖以及炉盖保温层并与它们连接固定，所述坩埚 架设于支撑棒的上方并与其连接固定；所述升降机设于支撑棒的下方并与其连接固定。
4.根据权利要求1所述的坩埚下降法单晶生长炉，其特征在于所述炉体自上而下包 括上炉盖、上炉膛以及下炉膛，所述上炉盖以及上炉膛、上炉膛以及下炉膛、下炉膛以及炉 底板之间均采用分体结构密闭连接。
5.根据权利要求1所述的坩埚下降法单晶生长炉，其特征在于所述炉体采用中空结 构，中空结构内部通冷却水。
6.根据权利要求1所述的坩埚下降法单晶生长炉，其特征在于所述炉体采用不锈钢板。
7.根据权利要求6所述的坩埚下降法单晶生长炉，其特征在于所述不锈钢板的厚度 为 IOmm0
8.—种权利要求1所述的坩埚下降法单晶生长炉的应用，其特征在于用于蓝宝石、钛 宝石、YAG系列激光晶体或闪烁晶体的生长。
全文摘要
本发明公开了一种坩埚下降法单晶生长炉，包括设有密闭腔体的炉体、坩埚和垂直移动机构，所述炉体的炉底板以及炉底板内侧的保温层上开有中心孔，中心孔与密闭腔体贯通，所述垂直移动机构穿过中心孔并沿炉体的中心轴上下移动；所述垂直移动机构与炉体密闭连接时，其伸入密闭腔体的一端位于密闭腔体的上端并与坩埚连接固定。采用本发明的坩埚下降法单晶生长炉，可有效避免坩埚进出料时对保温层和发热体的触动，消除炉体的温场不稳定因素，提高单晶生长炉的可靠性，延长其使用寿命，有效提高晶体生长的稳定性、可靠性和重复性，及降低晶体的生长成本，可以适用于多种晶体的生长。
文档编号C30B11/00GK102127804SQ20111005463
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者唐慧丽, 徐军, 李红军, 胡克艳, 苏良碧, 郭鑫, 钱小波, 陈伟超 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所
技术领域：
本发明涉及晶体的生长技术领域，更具体地说，是涉及一种坩埚下降法单晶生长 炉及其应用。
背景技术：
晶体材料在现代技术材料领域尤其是在新能源、光电技术以及微电子等领域都具 有着至关重要的作用，而晶体的生长质量以及成本等已经成为其规模发展和应用的制约因 素。晶体的生长技术主要采用提拉法，泡生法、温度梯度法、导模法、热交换法以及坩埚下降 法等，综合上述各种晶体的生长技术，坩埚下降法具有温场稳定，易于控制等优势，采用坩 埚下降法生长出的晶体内应力小，在加工过程中不易出现应力释放型碎裂，晶体外形还可 以控制，使得晶体的利用效率高，这样就利于加工成本的减低。特别是在温场稳定时，采用 坩埚下降法生长的晶体中的位错密度低，故此，坩埚下降法已经成为一种常用的晶体生长 技术。但是传统的单晶生长炉仍存在以下不足之处炉体设计和结构不易于安装和维护，使 用不方便；坩埚进出料往往会触碰到炉体内的保温层和发热体，而保温层和发热体经过高 温加热后强度会大大降低，经常触动极易损坏，这样不仅会破坏温场的稳定性和工艺的可 重复性，还会造成单晶生长炉的正常使用周期变短，平均一个月就要更换一次发热体和内 侧保温层，极大地增加了设备成本。
发明内容
针对现有技术中存在的坩埚进出料容易触动保温层和发热体，以致炉体的温场不 稳定、正常使用周期变短的问题，本发明的目的是提供一种能有效避免坩埚进出料时对保 温层和发热体触动的坩埚下降法单晶生长炉及其应用，以提高晶体生长的稳定性、可靠性 和重复性，降低晶体的生长成本。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下本发明提供的坩埚下降法单晶生长炉，包括设有密闭腔体的炉体，密闭腔体内设 有坩埚，还包括垂直移动机构，所述炉体的炉底板以及炉底板内侧的保温层上开有中心孔， 中心孔与密闭腔体贯通，所述垂直移动机构穿过中心孔并沿炉体的中心轴上下移动；所述 垂直移动机构与炉体密闭连接时，其伸入密闭腔体的一端位于密闭腔体的上端并与坩埚连 接固定。所述单晶生长炉还包括联接管，所述联接管设于炉体的外侧并与炉体的下端相连
ο所述垂直移动机构包括下炉盖、炉盖保温层、支撑棒、坩埚架以及升降机，所述炉 盖保温层设于下炉盖上方并与其连接固定，所述炉盖保温层的形状与中心孔的形状相匹 配，所述下炉盖的直径大于炉盖保温层的直径；所述支撑棒垂直穿过下炉盖以及炉盖保温 层并与它们连接固定，所述坩埚架设于支撑棒的上方并与其连接固定；所述升降机设于支 撑棒的下方并与其连接固定。
所述炉体自上而下包括上炉盖、上炉膛以及下炉膛，所述上炉盖以及上炉膛、上炉 膛以及下炉膛、下炉膛以及炉底板之间均采用分体结构密闭连接。所述炉体采用中空结构，中空结构内部通冷却水。所述炉体采用不锈钢板。所述不锈钢板的厚度为10mm。本发明所述的坩埚下降法单晶生长炉可用于蓝宝石、钛宝石、YAG系列激光晶体或 闪烁晶体的生长。与现有技术相比，采用本发明的坩埚下降法单晶生长炉，可有效避免坩埚进出料 时对保温层和发热体的触动，消除炉体的温场不稳定因素，提高单晶生长炉的可靠性，延长 其使用寿命，有效提高晶体生长的稳定性、可靠性和重复性，及降低晶体的生长成本。
图1是本发明的坩埚下降法单晶生长炉的一种结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。实施例请参阅图1所示本发明的坩埚下降法单晶生长炉，包括炉体11以及垂直移动机 构13，炉体11内设有密闭腔体17，密闭腔体17的上端设有坩埚12，炉体11的炉底板114 以及炉底板114内侧的保温层15上开有中心孔16，中心孔16与密闭腔体17贯通，垂直移 动机构13穿过中心孔16并沿炉体11的中心轴上下移动；垂直移动机构13与炉体11密闭 连接时，其伸入密闭腔体17的一端与坩埚12连接固定。炉体11自上而下包括上炉盖111、 上炉膛112以及下炉膛113，上炉盖111以及上炉膛112、上炉膛112以及下炉膛113、下炉 膛113以及炉底板114之间均采用分体结构密闭连接。上炉盖111通过螺栓接口密封连 接于上炉膛112的顶端，以后仅需打开上炉盖111就可以进行检查或维护，便于操作。上炉 膛112通过螺栓密封连接于下炉膛113顶部，在装炉时，将上炉盖111和上炉膛112 —并移 开，就有足够的空间进行内部组件的安装，便于安装。下炉膛113和炉底板114通过螺栓密 封连接在一起。上炉盖是分体的，它和上炉膛是通过螺栓密封连接的，以后在进行检查维护 时仅需打开上炉盖，便于维护。垂直移动机构13包括下炉盖131、炉盖保温层132、支撑棒 133、坩埚架134以及升降机135，炉盖保温层132设于下炉盖131上方并与其连接固定，炉 盖保温层132的形状与中心孔16的形状相匹配，下炉盖131的直径大于炉盖保温层132的 直径；支撑棒133垂直穿过下炉盖131以及炉盖保温层132并与它们连接固定，坩埚架134 设于支撑棒133的上方并与其连接固定；升降机135设于支撑棒133的下方并与其连接固 定。在晶体生长过程的原料进料阶段，通过升降机135启动与支撑棒133相连的坩埚12带 动下炉盖131 —起下降，装料完成以后再一起上升，使得下炉盖131和炉底板114快速接头 密封连接，通过晶体生长工艺完成晶体生长，待温度降至室温以后，同样通过升降机135启 动与支撑棒133相连的坩埚12带动下炉盖131 —起下降，完成晶体的出料，整个过程不触 动炉体11内的加热装置18和保温层19，避免了对经过高温环境后各方面性能下降的加热 装置18和保温层19的损害，降低了炉体的温场不稳定因素，提高了单晶生长炉的可靠性，同时延长了生长炉的使用寿命，降低了设备成本。炉体11采用中空结构，中空结构内部通 冷却水，炉体11采用厚度为IOmm不锈钢板。单晶生长炉还包括联接管14，联接管14设于 炉体11的外侧，联接管14的一端与炉体11的下端相连通，另一端与侧面的真空管道(图 中未示出)相连接，联接管14主要用于集成温度、抽真空及气氛气体填充的测控接口，减少 高温炉壁上的接口数，降低安全隐患，提高设备的可靠性，同时也增加检修的便捷性。本发明的单晶生长炉，可广泛应用于多种晶体的生长，例如蓝宝石，YAG系列激光 晶体，钛宝石、闪烁晶体等高熔点的晶体，能有效提高晶体生长的稳定性、可靠性和重复性， 同时因为操作方便，不易损坏炉体的发热体和保温层，降低了晶体的生长成本。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的 目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变 化、变型都将落在本发明的权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种坩埚下降法单晶生长炉，包括设有密闭腔体的炉体，密闭腔体内设有坩埚，其特 征在于还包括垂直移动机构，所述炉体的炉底板以及炉底板内侧的保温层上开有中心孔， 中心孔与密闭腔体贯通，所述垂直移动机构穿过中心孔并沿炉体的中心轴上下移动；所述 垂直移动机构与炉体密闭连接时，其伸入密闭腔体的一端位于密闭腔体的上端并与坩埚连 接固定。
2.根据权利要求1所述的坩埚下降法单晶生长炉，其特征在于所述单晶生长炉还包 括联接管，所述联接管设于炉体的外侧并与炉体的下端相连通。
3.根据权利要求1所述的坩埚下降法单晶生长炉，其特征在于所述垂直移动机构包 括下炉盖、炉盖保温层、支撑棒、坩埚架以及升降机，所述炉盖保温层设于下炉盖上方并与 其连接固定，所述炉盖保温层的形状与中心孔的形状相匹配，所述下炉盖的直径大于炉盖 保温层的直径；所述支撑棒垂直穿过下炉盖以及炉盖保温层并与它们连接固定，所述坩埚 架设于支撑棒的上方并与其连接固定；所述升降机设于支撑棒的下方并与其连接固定。
4.根据权利要求1所述的坩埚下降法单晶生长炉，其特征在于所述炉体自上而下包 括上炉盖、上炉膛以及下炉膛，所述上炉盖以及上炉膛、上炉膛以及下炉膛、下炉膛以及炉 底板之间均采用分体结构密闭连接。
5.根据权利要求1所述的坩埚下降法单晶生长炉，其特征在于所述炉体采用中空结 构，中空结构内部通冷却水。
6.根据权利要求1所述的坩埚下降法单晶生长炉，其特征在于所述炉体采用不锈钢板。
7.根据权利要求6所述的坩埚下降法单晶生长炉，其特征在于所述不锈钢板的厚度 为 IOmm0
8.—种权利要求1所述的坩埚下降法单晶生长炉的应用，其特征在于用于蓝宝石、钛 宝石、YAG系列激光晶体或闪烁晶体的生长。
全文摘要
本发明公开了一种坩埚下降法单晶生长炉，包括设有密闭腔体的炉体、坩埚和垂直移动机构，所述炉体的炉底板以及炉底板内侧的保温层上开有中心孔，中心孔与密闭腔体贯通，所述垂直移动机构穿过中心孔并沿炉体的中心轴上下移动；所述垂直移动机构与炉体密闭连接时，其伸入密闭腔体的一端位于密闭腔体的上端并与坩埚连接固定。采用本发明的坩埚下降法单晶生长炉，可有效避免坩埚进出料时对保温层和发热体的触动，消除炉体的温场不稳定因素，提高单晶生长炉的可靠性，延长其使用寿命，有效提高晶体生长的稳定性、可靠性和重复性，及降低晶体的生长成本，可以适用于多种晶体的生长。
文档编号C30B11/00GK102127804SQ20111005463
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者唐慧丽, 徐军, 李红军, 胡克艳, 苏良碧, 郭鑫, 钱小波, 陈伟超 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所
最新回复(0)