專利名稱：一種雙控溫晶體生長(zhǎng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種雙控溫晶體生長(zhǎng)爐，涉及晶體生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及采用熔鹽法來(lái)生長(zhǎng)晶體的一種生長(zhǎng)爐用裝置。
一種雙控溫晶體生長(zhǎng)爐，熔鹽法(助熔劑法)是人工晶體生長(zhǎng)中普遍應(yīng)用的一種生長(zhǎng)方法。它通常采用將所需生長(zhǎng)晶體的組成物質(zhì)熔于一合適的助熔劑中，通過(guò)緩慢降溫來(lái)得到所需的晶體。在熔鹽法生長(zhǎng)晶體的過(guò)程中，溫度控制和溫場(chǎng)控制是最重要的因素，降溫速率的快慢和溫度控制的精度以及溫場(chǎng)控制精度的確定，對(duì)晶體生長(zhǎng)尤為重要。
目前，在熔鹽法生長(zhǎng)晶體裝置中，普遍采用單控溫的生長(zhǎng)爐。盡管單控溫生長(zhǎng)爐有制作簡(jiǎn)單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但它也存在使用范圍窄、控溫難和難于控制溫度梯度等缺點(diǎn)，其只能用于頂部籽晶法(即籽晶下到熔體表面上)生長(zhǎng)晶體中，在一些特殊生長(zhǎng)方法(如中部籽晶法)中難于應(yīng)用。
一種雙控溫晶體生長(zhǎng)爐，設(shè)計(jì)本實(shí)用新型的目的是將單控溫裝置改為兩段控溫，采用兩個(gè)獨(dú)立的控溫儀來(lái)分別控制兩個(gè)加熱元件，通過(guò)控制兩個(gè)加熱器的加熱速率、降溫速率和恒溫溫度，來(lái)獲得合適的爐膛溫場(chǎng)和溫度梯度。另外，還可以調(diào)節(jié)底座的高度，使坩鍋處于一個(gè)合適的位置，使晶體生長(zhǎng)在所需的溫度區(qū)間和合適的溫度梯度內(nèi)進(jìn)行，保證所生長(zhǎng)的晶體質(zhì)量和尺寸。
本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)由附圖
給出，其構(gòu)造特征是整個(gè)雙控溫晶體生長(zhǎng)爐由加熱系統(tǒng)(2)和(4)組成，兩個(gè)加熱器由兩個(gè)獨(dú)立的控溫儀控制溫度，加熱器的加熱材料都可同時(shí)采用鎳-鉻絲或硅碳棒，或一個(gè)為鎳-鉻絲，一個(gè)為硅碳棒，加熱器的高度可根據(jù)需要采用一樣或不同的數(shù)值；兩個(gè)加熱器中間由氧化鋁泡沫磚或其它耐火保溫材料組成的隔熱層(3)隔開，以盡量減少兩個(gè)加熱系統(tǒng)之間的相互影響，隔熱層的高度可根據(jù)需要，在2cm至20cm之間調(diào)節(jié)；爐膛底部可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要放置不同高度的氧化鋁泡沫磚或其它耐火材料墊塊(5)，其高度可根據(jù)晶體生長(zhǎng)需要，在高于加熱器(4)的上部5cm至低于上部3cm之間調(diào)節(jié)，坩堝則放置在墊塊(5)上；(1)為晶體轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其轉(zhuǎn)速可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要加以調(diào)節(jié)；(6)和(7)為兩個(gè)加熱系統(tǒng)的熱電偶位置，熱電偶可使用鉑—鉑銠或雙鉑銠熱電偶。整個(gè)爐子內(nèi)部其它部位由氧化鋁泡沫磚或其它耐火材料填充滿，以保證爐子的熱場(chǎng)穩(wěn)定，爐子的外殼可用不銹鋼或硬鋁板等材料制成，其外型可為方塊狀或?yàn)閳A柱狀，尺寸可根據(jù)生長(zhǎng)需要確定。
我們測(cè)定了該雙控溫晶體生長(zhǎng)爐的爐內(nèi)溫場(chǎng)，結(jié)果表明在爐膛尺寸一樣的情況下，雙控溫晶體生長(zhǎng)爐的恒溫區(qū)比單控溫爐多了3～5cm，而且其整個(gè)爐膛的溫度梯度可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，其溫度梯度的分布往往呈兩頭高、中間低的態(tài)勢(shì)，其溫差可在2～20℃之間調(diào)節(jié)。而單控溫爐的溫度梯度往往呈兩頭低中間高的趨勢(shì)，其上下溫差往往在5℃左右。經(jīng)過(guò)我們實(shí)驗(yàn)室一年多的使用，證明了該雙控溫晶體生長(zhǎng)爐的使用效果較為理想。由于該雙控溫晶體生長(zhǎng)爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、使用效果理想，因而采用本發(fā)明后，使晶體生產(chǎn)過(guò)程中晶體的生長(zhǎng)溫度和溫度梯度更加容易控制，所生長(zhǎng)晶體的質(zhì)量有所提高，晶體尺寸變厚，并且該雙控溫晶體生長(zhǎng)爐還可應(yīng)用于一些特殊晶體的生長(zhǎng)中。
一種雙控溫晶體生長(zhǎng)爐，附圖即是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(1)是晶體轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、(2)是上加熱器、(3)是加熱器隔離層、(4)是下加熱器、(5)是坩鍋墊座、(6)是下加熱器熱電偶、(7)是上加熱器熱電偶。
一種雙控溫晶體生長(zhǎng)爐，下面給出一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案我們將雙控溫晶體生長(zhǎng)爐應(yīng)用于熔鹽法生長(zhǎng)新型自倍頻激光晶體摻釹的硼酸釓鋁(NGAB)的實(shí)驗(yàn)中，坩鍋墊座為15cm高的氧化鋁泡沫磚，兩個(gè)加熱器材料均采用鎳—鉻電阻絲，加熱器的高度均為12cm，中間的隔離帶為6cm，熱電偶分別位于兩個(gè)加熱器的中間位置。按照附圖所示放置坩鍋，在K2MoO4助熔劑中，采用中部籽晶法(即籽晶下到熔體的中部，晶體在籽晶的兩頭同時(shí)生長(zhǎng))進(jìn)行生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，上部控溫溫度為從1085→1003℃，降溫速率為2℃/天；下部控溫溫度為從1082→1000℃，降溫速率為2℃/天(經(jīng)檢測(cè)，此時(shí)爐膛中部位置的溫度較兩端低10℃)。歷時(shí)41天，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，得到了30×32×25mm3的透明的NGAB晶體。而用單控溫的生長(zhǎng)爐，采用頂部籽晶法，按相同條件進(jìn)行生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，得到的是25×28×21mm3的NGAB晶體。
權(quán)利要求1.一種雙控溫晶體生長(zhǎng)爐，其特征在于該生長(zhǎng)爐由晶體轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(1)、加熱器(2)、隔熱層(3)、加熱器(4)、底座(5)、下加熱器熱電偶(6)和上加熱器熱電偶(7)組成，通過(guò)控制加熱器(2)和(4)的不同升降溫速率，來(lái)獲得不同的生長(zhǎng)溫度區(qū)間，使適合于多種晶體生長(zhǎng)條件的需要。
2.如權(quán)利要求1所述的雙控溫晶體生長(zhǎng)爐，其特征在于所述的加熱器(2)和(4)是由兩個(gè)獨(dú)立的控溫儀來(lái)控制溫度的，兩個(gè)加熱器的加熱材料都可同時(shí)采用鎳-鉻絲或硅碳棒，或一個(gè)為鎳-鉻絲，一個(gè)為硅碳棒，加熱器的高度可根據(jù)需要采用一樣或不同的數(shù)值。
3.如權(quán)利要求1所述的雙控溫晶體生長(zhǎng)爐，其特征在于所述的隔熱層(3)由氧化鋁泡沫磚或其他耐火保溫材料組成，其高度可根據(jù)晶體生長(zhǎng)需要，在2cm至20cm之間調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求1所述的雙控溫晶體生長(zhǎng)爐，其特征在于所述的底座(5)由氧化鋁泡沫磚或其他耐火保溫材料組成，其高度可根據(jù)晶體生長(zhǎng)需要，在高于加熱器(4)的上部5cm至低于上部3cm之間調(diào)節(jié)。
5.如權(quán)利要求1所述的雙控溫晶體生長(zhǎng)爐，其特征在于該晶體生長(zhǎng)爐的外殼是用不銹鋼或硬鋁板制成，其外部形狀可為方塊狀或?yàn)閳A柱狀，尺寸可根據(jù)生長(zhǎng)需要而確定。
專利摘要一種雙控溫晶體生長(zhǎng)爐用于熔鹽法生長(zhǎng)晶體技術(shù)中，用來(lái)精確控制晶體生長(zhǎng)溫度，使晶體能在特定的溫度區(qū)間和溫度梯度內(nèi)良好生長(zhǎng)。這種晶體生長(zhǎng)爐由上下兩個(gè)不同的加熱系統(tǒng)組成，兩個(gè)加熱系統(tǒng)的發(fā)熱體均可采用鎳－鉻絲或硅碳棒，兩個(gè)加熱系統(tǒng)之間由耐火保溫材料隔開，其溫度分別由兩個(gè)獨(dú)立的溫度控制儀控制。在晶體生長(zhǎng)中，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)兩個(gè)控溫儀的控溫速率，使晶體生長(zhǎng)在所需的溫度和合適的溫度梯度內(nèi)進(jìn)行。該雙控溫晶體生長(zhǎng)爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，易于操作，適應(yīng)多種生長(zhǎng)條件，控溫效果理想。
文檔編號(hào)C30B9/00GK2559657SQ0225195
公開日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2002年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月27日
發(fā)明者王國(guó)富, 林州斌, 胡祖樹 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所