本發(fā)明涉及一種提拉稱重單元與爐腔分離的晶體提拉爐，屬于晶體生長(zhǎng)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

提拉法是一種從熔體中生長(zhǎng)高質(zhì)量單晶體的方法，其基本原理是原料在坩堝中加熱溶化，緩慢將籽晶與熔體接觸，通過精確控制溫度和晶體拉速和轉(zhuǎn)速，使得固液界面處熔體不斷凝固而生長(zhǎng)出晶體。該晶體生長(zhǎng)方法下籽晶過程和晶體生長(zhǎng)過程能夠?qū)崟r(shí)觀察與控制，可以通過使用優(yōu)質(zhì)定向籽晶和縮頸技術(shù)，減少晶體缺陷，因而該方法控制方便，能獲得較快的生長(zhǎng)速率和很高的產(chǎn)品性能均勻性獲得高質(zhì)量晶體，因此提拉法是一種能夠應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)化的晶體生長(zhǎng)方法，可用于生長(zhǎng)激光晶體、壓電晶體、電光晶體、閃爍晶體等重要的光電功能晶體。

中國(guó)專利文獻(xiàn)cn103911655a公開的《一種晶體提拉裝置》、cn101660198公開的《一種高精度自動(dòng)化光電晶體提拉爐》、cn101788790a公開的《用于自動(dòng)化光電晶體提拉爐的pc機(jī)控制系統(tǒng)》以及cn105717878a公開的《全數(shù)字化集散型閃爍晶體提拉爐控制系統(tǒng)》都屬于提拉法晶體生長(zhǎng)裝置。

提拉法晶體生長(zhǎng)裝置包括旋轉(zhuǎn)提拉單元和爐腔。爐腔中設(shè)置有保溫?zé)釄?chǎng)和坩堝，保溫?zé)釄?chǎng)置于爐腔內(nèi)，坩堝置于保溫?zé)釄?chǎng)中。旋轉(zhuǎn)提拉稱重單元是提拉法晶體生長(zhǎng)裝置中的重要組成部分，設(shè)置有高精度稱重傳感器、提拉執(zhí)行機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，提拉執(zhí)行機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)置于爐腔內(nèi)的籽晶桿旋轉(zhuǎn)提升，滿足了晶體生長(zhǎng)精確提拉和穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)。

提拉法晶體生長(zhǎng)過程中，下籽晶過程以及晶體生長(zhǎng)過程中固液界面穩(wěn)定性對(duì)于獲得高質(zhì)量的晶體尤為關(guān)鍵。下籽晶及晶體生長(zhǎng)階段，通過調(diào)整籽晶桿及籽晶夾頭使得籽晶或生長(zhǎng)晶體位于生長(zhǎng)坩堝中心部位，并保證籽晶桿的旋轉(zhuǎn)同心度，使得晶體生長(zhǎng)初期籽晶位于溫場(chǎng)對(duì)稱中心，晶體生長(zhǎng)過程中籽晶桿的旋轉(zhuǎn)同心度，同樣對(duì)晶體生長(zhǎng)過程中界面的穩(wěn)定性具有重要意義。由于提拉法晶體生長(zhǎng)爐的旋轉(zhuǎn)提拉裝置以及上稱重法電子秤的高精密性，外界輕微的干擾都容易引起晶體重量的波動(dòng)，這些微擾動(dòng)通過采集電子秤讀數(shù)反饋到晶體生長(zhǎng)控制系統(tǒng)，會(huì)造成晶體生長(zhǎng)的不穩(wěn)定，從而影響晶體生長(zhǎng)的質(zhì)量。固定在電子秤下面的籽晶桿對(duì)中有一點(diǎn)微小的偏差，到晶體籽晶位置就放大成劃弧和抖動(dòng)。因此，旋轉(zhuǎn)提拉單元的穩(wěn)定性與同心度對(duì)于提拉晶體爐非常重要。

目前的提拉晶體爐的提拉稱重單元固定裝置直接固定與爐腔頂部，雖然在晶體生長(zhǎng)之前通過調(diào)整籽晶桿以及籽晶夾頭，可以保證籽晶桿的同心度以及籽晶位于坩堝中心。但是，由于晶體生長(zhǎng)過程中通冷卻水的雙層不銹鋼爐腔會(huì)發(fā)生不同程度的熱脹冷縮，固定于爐腔頂部的提拉稱重單元也會(huì)隨著不銹鋼爐腔的形變而發(fā)生輕微的搖擺或傾斜，如圖1所示，傳統(tǒng)提拉爐爐腔形變前后導(dǎo)致籽晶桿和提拉單元相對(duì)傾斜變化，其中(a)和(b)分別為爐腔形變前后籽晶桿和提拉單元位置的狀態(tài)。當(dāng)提拉稱重單元直接固定于變形的爐腔上，在晶體生長(zhǎng)過程中，爐腔的形變會(huì)直接導(dǎo)致提拉稱重單元發(fā)生傾斜，處于(b)位置，一方面直接影響晶體生長(zhǎng)下種初期和晶體生長(zhǎng)過程中籽晶桿的搖擺，從而導(dǎo)致生長(zhǎng)初期的籽晶以及后期生長(zhǎng)的晶體偏離坩堝中心位置，使得晶體生長(zhǎng)溫場(chǎng)的對(duì)稱性和穩(wěn)定性遭到破壞，從而導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)質(zhì)量大大降低；另一方面，傾斜的籽晶桿會(huì)造成定向籽晶傾斜，籽晶和生長(zhǎng)的晶體偏離坩堝溫場(chǎng)中心，晶體生長(zhǎng)方向與籽晶方向不一致，影響晶體的質(zhì)量以及晶體器件加工的利用率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有晶體提拉爐存在的缺點(diǎn)，提供一種旋轉(zhuǎn)提拉單元的穩(wěn)定性好、同心度高的旋轉(zhuǎn)提拉稱重單元與爐腔分離的晶體提拉爐。

本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)提拉稱重單元與爐腔分離的晶體提拉爐，采用以下技術(shù)方案：

該晶體提拉爐，包括爐腔和旋轉(zhuǎn)提拉稱重單元，旋轉(zhuǎn)提拉稱重單元固定于爐腔之外獨(dú)立的固定裝置上。

所述固定裝置為支撐固定架。所述支撐固定架為立柱式、框架式或懸掛式。

所述固定裝置的底部設(shè)置有減震座。

通過調(diào)整籽晶桿，使籽晶位于爐腔內(nèi)坩堝的中心部位，這樣在晶體生長(zhǎng)之前進(jìn)行調(diào)整以保證籽晶桿的同心度以及籽晶位于坩堝的中心。然后通過旋轉(zhuǎn)并向上提拉籽晶而實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)。

本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)提拉稱重單元與爐腔分離，不直接固定于爐腔上，而是固定于獨(dú)立的固定裝置上，這種獨(dú)立于爐腔之外的固定裝置非常關(guān)鍵，這種結(jié)構(gòu)避免了傳統(tǒng)晶體提拉爐由于爐腔熱脹冷縮而導(dǎo)致的提拉稱重單元不穩(wěn)定，可以避免爐腔變形造成的籽晶和生長(zhǎng)晶體偏離坩堝中心，使晶體生長(zhǎng)過程穩(wěn)定可靠，有利于獲得高質(zhì)量的晶體。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)晶體提拉爐爐腔形變前后，籽晶桿和提拉單元相對(duì)傾斜變化示意圖。其中(a)為爐腔形變前籽晶桿和提拉單元相對(duì)位置的狀態(tài)；(b)為爐腔形變后籽晶桿和提拉單元相對(duì)位置的狀態(tài)。

圖2是本發(fā)明晶體提拉爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1.減震支腳，2.爐腔，3.支撐固定架，4.旋轉(zhuǎn)提拉稱重單元，5.籽晶桿，6.籽晶，7.溫場(chǎng)，8.坩堝，9.加熱裝置，10.接氣口。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清晰，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明為旋轉(zhuǎn)提拉稱重單元與爐腔分離的晶體提拉爐，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括固定裝置、爐腔2和旋轉(zhuǎn)提拉稱重單元4。固定裝置主要用于固定旋轉(zhuǎn)提拉稱重單元4，從而避免傳統(tǒng)晶體提拉爐直接固定于爐腔上造成提拉單元的不穩(wěn)定。固定裝置分離于爐腔2之外，是獨(dú)立機(jī)構(gòu)，不與爐腔2連接。固定裝置包括支撐固定架3和設(shè)置于支撐固定架3底部的減震固定底座1。旋轉(zhuǎn)提拉稱重單元4固定于支撐固定架3的頂部。支撐固定架3可以是獨(dú)立于爐腔2之外的立柱式結(jié)構(gòu)、框架式結(jié)構(gòu)或者是懸掛式(呈c型)結(jié)構(gòu)。

爐腔2為雙層水冷不銹鋼爐腔，晶體生長(zhǎng)過程通循環(huán)冷卻水。爐腔2的頂部和底部均設(shè)置有接氣口10。通過接氣口使腔體內(nèi)處于真空狀態(tài)，或通過控制進(jìn)出氣口氣體流量，達(dá)到爐腔2內(nèi)處于流動(dòng)氣氛狀態(tài)。

爐腔2內(nèi)設(shè)置有溫場(chǎng)7，坩堝8置于溫場(chǎng)7中。溫場(chǎng)7外圍的加熱裝置9為感應(yīng)加熱線圈10，或者是設(shè)置于爐腔2內(nèi)部的電阻加熱裝置。與提拉稱重單元4連接的籽晶桿5伸入爐腔2內(nèi)。

爐腔2的頂部設(shè)置有攝像機(jī)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腔體內(nèi)晶體生長(zhǎng)狀態(tài)。

根據(jù)實(shí)際生長(zhǎng)晶體的尺寸，選擇合適尺寸的溫場(chǎng)7和坩堝8，將晶體多晶原料置于坩堝8內(nèi)，籽晶6置于與提拉稱重單元4連接的籽晶桿5上。通過爐腔2內(nèi)底部的升降裝置帶動(dòng)坩堝8升降，調(diào)整坩堝8的位置，使坩堝8處于最佳的溫場(chǎng)位置。通過接氣口10向爐腔2內(nèi)通入惰性氣體或?qū)t腔2抽真空，使腔體內(nèi)形成適合晶體生長(zhǎng)的環(huán)境。

加熱裝置9接通電源對(duì)裝有原料的坩堝8加熱，當(dāng)坩堝8加熱到多晶原料熔點(diǎn)以上時(shí)，晶體多晶原料熔化成熔體狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)提拉稱重單元4帶動(dòng)籽晶桿5，使得籽晶6伸入到坩堝8內(nèi)的熔體中。通過調(diào)整籽晶桿5，使籽晶6位于坩堝8的中心部位，這樣在晶體生長(zhǎng)之前進(jìn)行調(diào)整以保證保證籽晶桿5的同心度以及籽晶6位于坩堝8的中心。

然后通過旋轉(zhuǎn)并向上提拉籽晶6而實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)。

本發(fā)明中的這種獨(dú)立于爐腔的用于安裝固定旋轉(zhuǎn)提拉稱重單元4的固定裝置非常關(guān)鍵，可以避免爐腔2變形造成的籽晶和生長(zhǎng)晶體偏離坩堝8的中心，保證籽晶桿5的旋轉(zhuǎn)同心度，使得晶體生長(zhǎng)過程穩(wěn)定可靠，獲得高質(zhì)量的晶體。