一種旋轉提拉稱重單元與爐腔分離的晶體提拉爐的制作方法

本發明涉及一種提拉稱重單元與爐腔分離的晶體提拉爐，屬于晶體生長設備技術領域。

背景技術：

提拉法是一種從熔體中生長高質量單晶體的方法，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速，使得固液界面處熔體不斷凝固而生長出晶體。該晶體生長方法下籽晶過程和晶體生長過程能夠實時觀察與控制，可以通過使用優質定向籽晶和縮頸技術，減少晶體缺陷，因而該方法控制方便，能獲得較快的生長速率和很高的產品性能均勻性獲得高質量晶體，因此提拉法是一種能夠應用于產業化的晶體生長方法，可用于生長激光晶體、壓電晶體、電光晶體、閃爍晶體等重要的光電功能晶體。

中國專利文獻cn103911655a公開的《一種晶體提拉裝置》、cn101660198公開的《一種高精度自動化光電晶體提拉爐》、cn101788790a公開的《用于自動化光電晶體提拉爐的pc機控制系統》以及cn105717878a公開的《全數字化集散型閃爍晶體提拉爐控制系統》都屬于提拉法晶體生長裝置。

提拉法晶體生長裝置包括旋轉提拉單元和爐腔。爐腔中設置有保溫熱場和坩堝，保溫熱場置于爐腔內，坩堝置于保溫熱場中。旋轉提拉稱重單元是提拉法晶體生長裝置中的重要組成部分，設置有高精度稱重傳感器、提拉執行機構和旋轉執行機構，提拉執行機構和旋轉執行機構帶動置于爐腔內的籽晶桿旋轉提升，滿足了晶體生長精確提拉和穩定轉動。

提拉法晶體生長過程中，下籽晶過程以及晶體生長過程中固液界面穩定性對于獲得高質量的晶體尤為關鍵。下籽晶及晶體生長階段，通過調整籽晶桿及籽晶夾頭使得籽晶或生長晶體位于生長坩堝中心部位，并保證籽晶桿的旋轉同心度，使得晶體生長初期籽晶位于溫場對稱中心，晶體生長過程中籽晶桿的旋轉同心度，同樣對晶體生長過程中界面的穩定性具有重要意義。由于提拉法晶體生長爐的旋轉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，這些微擾動通過采集電子秤讀數反饋到晶體生長控制系統，會造成晶體生長的不穩定，從而影響晶體生長的質量。固定在電子秤下面的籽晶桿對中有一點微小的偏差，到晶體籽晶位置就放大成劃弧和抖動。因此，旋轉提拉單元的穩定性與同心度對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，雖然在晶體生長之前通過調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，由于晶體生長過程中通冷卻水的雙層不銹鋼爐腔會發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隨著不銹鋼爐腔的形變而發生輕微的搖擺或傾斜，如圖1所示，傳統提拉爐爐腔形變前后導致籽晶桿和提拉單元相對傾斜變化，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。當提拉稱重單元直接固定于變形的爐腔上，在晶體生長過程中，爐腔的形變會直接導致提拉稱重單元發生傾斜，處于(b)位置，一方面直接影響晶體生長下種初期和晶體生長過程中籽晶桿的搖擺，從而導致生長初期的籽晶以及后期生長的晶體偏離坩堝中心位置，使得晶體生長溫場的對稱性和穩定性遭到破壞，從而導致晶體生長質量大大降低；另一方面，傾斜的籽晶桿會造成定向籽晶傾斜，籽晶和生長的晶體偏離坩堝溫場中心，晶體生長方向與籽晶方向不一致，影響晶體的質量以及晶體器件加工的利用率。

技術實現要素：

本發明針對現有晶體提拉爐存在的缺點，提供一種旋轉提拉單元的穩定性好、同心度高的旋轉提拉稱重單元與爐腔分離的晶體提拉爐。

本發明的旋轉提拉稱重單元與爐腔分離的晶體提拉爐，采用以下技術方案：

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

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置有減震座。

通過調整籽晶桿，使籽晶位于爐腔內坩堝的中心部位，這樣在晶體生長之前進行調整以保證籽晶桿的同心度以及籽晶位于坩堝的中心。然后通過旋轉并向上提拉籽晶而實現晶體生長。

本發明中的旋轉提拉稱重單元與爐腔分離，不直接固定于爐腔上，而是固定于獨立的固定裝置上，這種獨立于爐腔之外的固定裝置非常關鍵，這種結構避免了傳統晶體提拉爐由于爐腔熱脹冷縮而導致的提拉稱重單元不穩定，可以避免爐腔變形造成的籽晶和生長晶體偏離坩堝中心，使晶體生長過程穩定可靠，有利于獲得高質量的晶體。

附圖說明

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

圖2是本發明晶體提拉爐的結構示意圖。

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

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清晰，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

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

爐腔2為雙層水冷不銹鋼爐腔，晶體生長過程通循環冷卻水。爐腔2的頂部和底部均設置有接氣口10。通過接氣口使腔體內處于真空狀態，或通過控制進出氣口氣體流量，達到爐腔2內處于流動氣氛狀態。

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

爐腔2的頂部設置有攝像機，用于實時監測腔體內晶體生長狀態。

根據實際生長晶體的尺寸，選擇合適尺寸的溫場7和坩堝8，將晶體多晶原料置于坩堝8內，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內底部的升降裝置帶動坩堝8升降，調整坩堝8的位置，使坩堝8處于最佳的溫場位置。通過接氣口10向爐腔2內通入惰性氣體或對爐腔2抽真空，使腔體內形成適合晶體生長的環境。

加熱裝置9接通電源對裝有原料的坩堝8加熱，當坩堝8加熱到多晶原料熔點以上時，晶體多晶原料熔化成熔體狀態，旋轉提拉稱重單元4帶動籽晶桿5，使得籽晶6伸入到坩堝8內的熔體中。通過調整籽晶桿5，使籽晶6位于坩堝8的中心部位，這樣在晶體生長之前進行調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。

然后通過旋轉并向上提拉籽晶6而實現晶體生長。

本發明中的這種獨立于爐腔的用于安裝固定旋轉提拉稱重單元4的固定裝置非常關鍵，可以避免爐腔2變形造成的籽晶和生長晶體偏離坩堝8的中心，保證籽晶桿5的旋轉同心度，使得晶體生長過程穩定可靠，獲得高質量的晶體。