一種簡(jiǎn)易單晶爐及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種簡(jiǎn)易單晶爐及其控制方法，簡(jiǎn)易單晶爐包括立式管式爐和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，立式管式爐包括加熱部件、石英錐管、石英托、真空泵；石英托設(shè)置有容納石英錐管的孔，石英錐管穿插在石英托設(shè)置的孔上，真空泵通過(guò)與爐管的一端法蘭相連，另一端法蘭與其他保護(hù)氣體相連(如氬氣、氮?dú)?，使?fàn)t管內(nèi)部環(huán)境保持惰性環(huán)境(必要時(shí))，也保持石英錐管外部環(huán)境為其惰性環(huán)境(必要時(shí))。本發(fā)明提供的簡(jiǎn)易單晶爐制作成本低，占地面積少，操作簡(jiǎn)單；本發(fā)明的單晶生長(zhǎng)原理是布立基曼法，通過(guò)本發(fā)明所述簡(jiǎn)易單晶爐已生產(chǎn)出多種大塊單晶，其效果等效甚至優(yōu)于專業(yè)單晶爐的生長(zhǎng)效果。
【專利說(shuō)明】
一種簡(jiǎn)易單晶爐及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于單晶生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種簡(jiǎn)易單晶爐及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場(chǎng)上的單晶爐價(jià)格昂貴，設(shè)備復(fù)雜，尤其是不適合實(shí)驗(yàn)室對(duì)大塊單晶的開(kāi)發(fā)。
[0003]目前市場(chǎng)上的生長(zhǎng)塊體單晶的單晶爐多為向上提拉法，并且大塊單晶體生長(zhǎng)前需要使用晶種引晶，操作上較為復(fù)雜，并且設(shè)備價(jià)格大都在百萬(wàn)元以上。本單晶爐利用坩禍下降法生長(zhǎng)單晶，無(wú)需晶種，自動(dòng)形成晶種，生長(zhǎng)過(guò)程無(wú)需任何人工操作，操作簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，是一種極其適合于實(shí)驗(yàn)室對(duì)大塊單晶體進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究的設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)易單晶爐及其控制方法，旨在解決目前市場(chǎng)上的單晶爐價(jià)格昂貴，設(shè)備復(fù)雜，尤其是不適合實(shí)驗(yàn)室對(duì)大塊單晶進(jìn)行開(kāi)發(fā)的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種簡(jiǎn)易單晶爐，所述的簡(jiǎn)易單晶爐包括立式管式爐和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述立式管式爐包括立柱板、爐膛、爐管、石英錐管、石英托、吊繩、加熱部件、
真空栗；
[0006]所述爐膛固定在立柱板上，所述加熱部件安裝于爐膛內(nèi)，爐管通過(guò)固定裝置定位在爐膛中央且與爐膛相互分離，石英托均通過(guò)吊繩吊在爐管內(nèi)，石英托設(shè)置有容納石英錐管的孔，石英錐管插在石英托的孔上;所述真空栗一端與爐管相連并且另一端與外部保護(hù)氣體裝置相連;所述外部保護(hù)氣體裝置盛有氬氣或氮?dú)獾缺Ｗo(hù)氣體；
[0007]所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括電機(jī)、電機(jī)電源、導(dǎo)軌、運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)器;所述驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)電源、電機(jī)均與運(yùn)動(dòng)控制器連接。
[0008]進(jìn)一步，所述導(dǎo)軌設(shè)置有滑臺(tái)和滑臺(tái)支架，所述滑臺(tái)支架安裝在滑臺(tái)上。
[0009]進(jìn)一步，直徑5?500mm的石英托上還設(shè)置有1-12個(gè)穿線孔。
[0010]進(jìn)一步，長(zhǎng)20?500mm、直徑I?10mm的石英錐管外部設(shè)置有石英掛耳，所述石英錐管設(shè)置有石英錐管管口、石英錐管管體、石英錐管錐體;所述石英掛耳位于石英錐管上半段位置，石英錐管椎體的高設(shè)置為相對(duì)于石英錐管總長(zhǎng)的1/20?1/2。
[0011 ]進(jìn)一步，石英掛耳設(shè)置在石英錐管和石英托上的孔之間。
[0012]本發(fā)明另一目的在于提供一種簡(jiǎn)易單晶爐的控制方法，該簡(jiǎn)易單晶爐的控制方法包括以下步驟:
[0013]將所需原料密封于石英錐管中，置于爐管中并將爐管內(nèi)部換成無(wú)氧氣氛(必要時(shí))，
[0014]對(duì)生長(zhǎng)單晶的溫度和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制的移動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定后對(duì)原料進(jìn)行熔融并使單晶生長(zhǎng)。
[0015]進(jìn)一步，所述在原料充分混合之前，控制系統(tǒng)設(shè)置為靜止?fàn)顟B(tài)，在原料充分混合后，控制系統(tǒng)設(shè)置為移動(dòng)狀態(tài)，所述移動(dòng)狀態(tài)包括移動(dòng)的長(zhǎng)度和移動(dòng)的速度。
[0016]進(jìn)一步，所述簡(jiǎn)易單晶爐的控制方法具體步驟為:
[0017]爐膛控溫:先將爐膛內(nèi)部溫度升至高于樣品熔點(diǎn)I?300攝氏度，然后將溫度恒定在該溫度下，直到單晶生長(zhǎng)結(jié)束；
[0018]運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制:在爐體升溫時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器將電機(jī)控制為等待狀態(tài)，當(dāng)爐體溫度恒定于樣品熔點(diǎn)以上I?300攝氏度中間某一溫度時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器將電機(jī)控制為工作狀態(tài)，使導(dǎo)軌上的載物臺(tái)帶著懸掛的爐管向下緩慢移動(dòng)，移動(dòng)速率為0.lmm/h?100mm/h，直到下降到導(dǎo)軌的最低位置。
[0019]本發(fā)明提供的簡(jiǎn)易單晶爐是利用布立基曼法(Bri dgeman method)基本原理將現(xiàn)有的大規(guī)模使用的立式管式爐和常用的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)合改裝而成的，其基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本十分低廉，尺寸小，占地面積少，節(jié)約空間資源，重量輕，可移動(dòng)性好。
[°02°] 本發(fā)明簡(jiǎn)易單晶爐的生長(zhǎng)單晶基本原理是布立基曼法(Br i dgeman method)目前已經(jīng)在本實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)出多種大塊單晶，其效果甚至比專業(yè)的此類單晶爐的效果好。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明提供的簡(jiǎn)易單晶爐結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖中:1、立柱板;2、爐膛;3、爐管;4、石英錐管；5、石英托;6、吊繩;7、加熱部件;8、真空栗;9、電機(jī);10、導(dǎo)軌；11、運(yùn)動(dòng)控制器;12、驅(qū)動(dòng)器;13、電機(jī)電源。
[0023]圖2是本發(fā)明提供的簡(jiǎn)易單晶爐控制方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，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。
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。
[0026]如圖1所示:一種簡(jiǎn)易單晶爐，包括立式管式爐和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述立式管式爐包括立柱板1、爐膛2、爐管3、石英錐管4、石英托5、吊繩6、加熱部件7、真空栗8;
[0027]所述爐膛2固定在立柱板中部，所述加熱部件7均安裝在爐膛內(nèi)壁上，爐管3通過(guò)固定裝置固定在爐膛中央并懸空，石英錐管4、石英托5由吊繩6懸掛在爐管內(nèi)，所述石英托設(shè)置有容納石英錐管的孔，石英錐管穿插在石英托設(shè)置的孔上，所述真空栗8—端與爐管相連并且另一端與外部保護(hù)氣體裝置相連;所述外部保護(hù)氣體裝置盛有氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)氣體；
[0028]所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括電機(jī)9、導(dǎo)軌10、運(yùn)動(dòng)控制器11、驅(qū)動(dòng)器12、電機(jī)電源13。
[0029]所述驅(qū)動(dòng)器12、電機(jī)電源13、電機(jī)9均與運(yùn)動(dòng)控制器11連接。
[0030]所述導(dǎo)軌10設(shè)置有滑臺(tái)和滑臺(tái)支架，所述滑臺(tái)支架安裝在滑臺(tái)上。
[0031 ] 直徑5?500mm的石英托上還設(shè)置有1-12個(gè)穿線孔。
[0032]長(zhǎng)20?500mm、直徑I?10mm的石英錐管外部設(shè)置有石英掛耳，所述石英錐管設(shè)置有石英錐管管口、石英錐管管體、石英錐管錐體;所述石英掛耳位于石英錐管上半段位置，石英錐管椎體的高設(shè)置為相對(duì)于石英錐管總長(zhǎng)的1/20?1/2。
[0033]石英掛耳設(shè)置在石英錐管4和石英托5上的孔之間。
[0034]如圖2所示:一種簡(jiǎn)易單晶爐的控制方法，該簡(jiǎn)易單晶爐的控制方法包括以下步驟:
[0035]SlOl:將所需原料密封于石英錐管中，置于爐管中并將爐管內(nèi)部變?yōu)闊o(wú)氧氣氛；
[0036]S102:對(duì)生長(zhǎng)單晶的溫度和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制的移動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定后對(duì)原料進(jìn)行熔融并使單晶生長(zhǎng)。
[0037]所述在原料充分混合之前，控制系統(tǒng)設(shè)置為靜止?fàn)顟B(tài)，在原料充分混合后，控制系統(tǒng)設(shè)置為移動(dòng)狀態(tài)，所述移動(dòng)狀態(tài)包括移動(dòng)的長(zhǎng)度和移動(dòng)的速度。
[0038]所述簡(jiǎn)易單晶爐的控制方法具體步驟為:
[0039]爐膛控溫:先將爐膛內(nèi)部溫度升至高于樣品熔點(diǎn)I?300度，然后將溫度恒定在該溫度下，直到單晶生長(zhǎng)結(jié)束；
[0040]運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制:在爐體升溫時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器將電機(jī)控制為等待狀態(tài)，當(dāng)爐體溫度恒定于樣品熔點(diǎn)以上I?300度中間某一溫度時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器將電機(jī)控制為工作狀態(tài)，使導(dǎo)軌上的載物臺(tái)帶著懸掛的爐管向下緩慢移動(dòng)，移動(dòng)速率為0.lmm/h?100mm/h，直到下降到導(dǎo)軌的最低位置。
[0041 ]本發(fā)明提供的簡(jiǎn)易單晶爐制作成本低，尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積少，節(jié)約空間。
[0042]本發(fā)明簡(jiǎn)易單晶爐的生長(zhǎng)單晶基本原理是布立基曼法(Bridgemanmethod)。目前已經(jīng)在本實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)出多種大塊單晶，一個(gè)生長(zhǎng)出來(lái)的單晶實(shí)物圖。其效果甚至比專業(yè)的此類單晶爐的效果好。
[0043]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種簡(jiǎn)易單晶爐，其特征在于，所述的簡(jiǎn)易單晶爐包括立式管式爐和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述立式管式爐包括立柱板、爐膛、爐管、石英錐管、石英托、吊繩、加熱部件、真空栗； 所述爐膛固定在立柱板上，所述加熱部件安裝于爐膛內(nèi)，爐管通過(guò)固定裝置定位在爐膛中央且與爐膛相互分離，石英托均通過(guò)吊繩吊在爐管內(nèi)，石英托設(shè)置有容納石英錐管的孔，石英錐管插在石英托的孔上;所述真空栗一端與爐管相連并且另一端與外部保護(hù)氣體裝置相連;所述外部保護(hù)氣體裝置盛有氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)氣體； 所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括電機(jī)、電機(jī)電源、導(dǎo)軌、運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)器;所述驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)電源、電機(jī)均與運(yùn)動(dòng)控制器連接。2.如權(quán)利要求1所述的簡(jiǎn)易單晶爐，其特征在于，所述導(dǎo)軌上設(shè)置有滑臺(tái)與滑臺(tái)支架，所述滑臺(tái)支架安裝在滑臺(tái)上。3.如權(quán)利要求1所述的簡(jiǎn)易單晶爐，其特征在于，石英托上還設(shè)置有I?12個(gè)穿線孔。4.如權(quán)利要求1所述的簡(jiǎn)易單晶爐，其特征在于，所述石英錐管外部設(shè)置有石英掛耳，所述石英錐管設(shè)置有石英錐管管口、石英錐管管體、石英錐管錐體;所述石英掛耳位于石英錐管上半段位置，石英錐管椎體的高為石英錐管總長(zhǎng)的1/20?1/2。5.如權(quán)利要求1所述的簡(jiǎn)易單晶爐，其特征在于，石英管置于石英托的孔內(nèi)，并以石英掛耳掛于石英托上。6.—種如權(quán)利要求1所述的簡(jiǎn)易單晶爐的控制方法，其特征在于，該簡(jiǎn)易單晶爐的控制方法包括以下步驟: 將所需原料密封于石英錐管中，置于爐管中并將爐管內(nèi)部變?yōu)闊o(wú)氧氣氛； 對(duì)生長(zhǎng)單晶的溫度和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制的移動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定后對(duì)原料進(jìn)行熔融。7.如權(quán)利要求6所述的簡(jiǎn)易單晶爐的控制方法，其特征在于，在原料充分混合之前，控制系統(tǒng)設(shè)置為靜止?fàn)顟B(tài)，在原料充分混合后，控制系統(tǒng)設(shè)置為移動(dòng)狀態(tài)，所述移動(dòng)狀態(tài)包括移動(dòng)的長(zhǎng)度和移動(dòng)的速度。8.如權(quán)利要求6所述的簡(jiǎn)易單晶爐的控制方法，其特征在于，所述簡(jiǎn)易單晶爐的控制方法具體為: 爐膛控溫:先將爐膛內(nèi)部溫度升至高于樣品熔點(diǎn)I攝氏度?300攝氏度，然后將溫度恒定在該溫度下，直到單晶生長(zhǎng)結(jié)束； 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制:在爐體升溫時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器將電機(jī)控制為等待狀態(tài)，當(dāng)爐體溫度恒定于樣品熔點(diǎn)以上I攝氏?300攝氏度中間一溫度時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器將電機(jī)控制為工作狀態(tài)，使導(dǎo)軌上的載物臺(tái)帶著懸掛的爐管向下緩慢移動(dòng)，移動(dòng)速率為0.1mm/h?100mm/h，直到下降到導(dǎo)軌的最低位置。
【文檔編號(hào)】C30B11/00GK106011995SQ201610463538
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月23日
【發(fā)明人】周小元, 王國(guó)玉, 彭坤嶺
【申請(qǐng)人】重慶大學(xué)