本實(shí)用新型屬于晶體生長(zhǎng)裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型液封提拉法晶體生長(zhǎng)裝置。

背景技術(shù)：

目前，根據(jù)氧化鋁在高溫下化學(xué)性質(zhì)活潑和提拉法生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體所必須滿足的條件來(lái)看，一般拉晶設(shè)備都要具備：加熱部分、爐體和機(jī)械傳動(dòng)部分、真空和惰性氣體裝置。每次晶體生長(zhǎng)前的裝料及生長(zhǎng)結(jié)束后取出晶體都要打開真空生長(zhǎng)室，引起真空生長(zhǎng)室接觸空氣，極易受到大氣的污染和氮吸附，很難實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)以及對(duì)雜質(zhì)的精確控制。另外，在生長(zhǎng)過(guò)程中，晶體熔體的不穩(wěn)定流動(dòng)和高溫條件下的蒸發(fā)，都會(huì)影響到晶體生長(zhǎng)的質(zhì)量?！耙悍夥ā笔且环N可以抑制坩堝內(nèi)熔體蒸發(fā)，并提高坩堝熔體流動(dòng)穩(wěn)定性，最終提高晶體生長(zhǎng)質(zhì)量的一種新型生長(zhǎng)晶體的制備方法。

現(xiàn)有的晶體生長(zhǎng)裝置，多數(shù)存在無(wú)法導(dǎo)入液封流體的問(wèn)題，這將造成坩堝壁面與提拉晶棒溫差過(guò)大，能源浪費(fèi)、熔體蒸汽蒸發(fā)嚴(yán)重，熔體與空氣接觸影響生長(zhǎng)的晶體純度，熔體流動(dòng)不穩(wěn)定產(chǎn)生晶體條紋。而能夠?qū)胍悍饬黧w的生長(zhǎng)裝置，又存在無(wú)法監(jiān)控導(dǎo)入液封流體厚度及溫度的局限，這將大大影響液封提拉法生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體的質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝使用方便、提高工作效率、能夠監(jiān)測(cè)液封液體溫度和厚度的新型液封提拉法晶體生長(zhǎng)裝置。

為此，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為：一種新型液封提拉法晶體生長(zhǎng)裝置，包括爐體，設(shè)置在爐體內(nèi)的石墨坩堝、石墨堝托、石英坩堝、石英堝托，所述石墨堝托設(shè)置在石墨坩堝外，所述石英坩堝設(shè)置在石墨坩堝內(nèi)，所述石英堝托設(shè)置在石英坩堝下方，設(shè)置在爐體頂部插進(jìn)石英坩堝的籽晶軸、設(shè)置在石墨堝托外的液封流體導(dǎo)入裝置，其特征在于：還包括至少一個(gè)溫度感測(cè)器、液體厚度感測(cè)器、微控制器、顯示與控制終端，所述溫度感測(cè)器和液體厚度感測(cè)器設(shè)置在石英坩堝內(nèi)，并與所述微控制器電連接，微控制器與所述顯示與控制終端電連接，溫度感測(cè)器和液體厚度感測(cè)器將獲得的信號(hào)傳輸給微控制器，微控制器將信號(hào)處理后傳輸給顯示與控制終端。

作為優(yōu)選地，所述溫度感測(cè)器為DS18B20數(shù)位溫度感測(cè)器，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，方便安裝，成本低。

作為優(yōu)選地，所述溫度感測(cè)器為3個(gè)，分別設(shè)置在靠近所述籽晶軸下端的籽晶處、靠近所述石英坩堝內(nèi)壁處、所述籽晶與石英坩堝內(nèi)壁之間，可以準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)液液界面處的溫度分布情況。

進(jìn)一步地，所述溫度感測(cè)器設(shè)置在石英坩堝內(nèi)的液封流體與原料熔融液體的液體界面處，可以準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)液液界面處的溫度分布情況。

作為優(yōu)選地，所述液體厚度感測(cè)器為HC-SR04超聲波感測(cè)器，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，應(yīng)用廣泛，方便安裝，成本低。

進(jìn)一步地，所述液體厚度感測(cè)器設(shè)置在石英坩堝內(nèi)的液封流體的上方，設(shè)置在液封流體上方即可準(zhǔn)確地檢測(cè)液封流體的厚度。

作為優(yōu)選地，所述微控制器為Arduino UNO控制器，此控制器價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛。

進(jìn)一步地，所述新型液封提拉法晶體生長(zhǎng)裝置還包括坩堝軸、電極、加熱器、多層石墨保溫罩、導(dǎo)線接板，所述坩堝軸穿過(guò)爐體底部伸入爐體內(nèi)與石墨堝托的底部相連，起到轉(zhuǎn)動(dòng)石墨堝托、石墨坩堝、石英堝托、石英坩堝的作用，所述加熱器與電極相連，設(shè)置在電極與石墨堝托之間，所述多層石墨保溫罩設(shè)置在爐體內(nèi)壁上，所述導(dǎo)線接板與電極相連。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型使用液體厚度感測(cè)器檢測(cè)液封層的厚度，具有不受外界光及電磁場(chǎng)等因素影響的優(yōu)點(diǎn)，在比較惡劣的環(huán)境中也具有適應(yīng)能力，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，克服了其它液封法生長(zhǎng)晶體無(wú)法測(cè)量與控制液封層厚度的局限；使用溫度感測(cè)器檢測(cè)液封層與原料熔融夜體的液液界面的溫度，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度情況。可以實(shí)現(xiàn)液封層厚度與液液界面溫度超過(guò)液封層厚度曲線與溫度曲線之后的觀察，可達(dá)到監(jiān)控液封層與熔體層徑深比的最終目的。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型溫度感測(cè)器、液體厚度感測(cè)器、微控制器、顯示與控制終端的電連接框圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖1-2所示，新型液封提拉法晶體生長(zhǎng)裝置，主要由爐體5、石墨坩堝11、石墨堝托7、石英坩堝8、石英堝托9，籽晶軸6、液封流體導(dǎo)入裝置10、 坩堝軸1、電極2、加熱器3、多層石墨保溫罩4、導(dǎo)線接板12、三個(gè)溫度感測(cè)器13、液體厚度感測(cè)器14、微控制器15、顯示與控制終端16組成。石墨坩堝11設(shè)置在爐體5內(nèi)，石墨堝托7設(shè)置在石墨坩堝11外，石英坩堝8設(shè)置在石墨坩堝11內(nèi)起到存儲(chǔ)熔融的氧化鋁原料的作用，石英堝托9設(shè)置在石英坩堝8下方，籽晶軸6設(shè)置在爐體5頂部插進(jìn)石英坩堝8內(nèi)起到提拉、旋轉(zhuǎn)籽晶的作用，液封流體導(dǎo)入裝置10設(shè)置在石墨堝托7外起到將加熱達(dá)到熔融狀態(tài)的液封流體導(dǎo)入到藍(lán)寶石熔體上方形成兩不相溶混熔體層的作用，坩堝軸1穿過(guò)爐體5底部伸入爐體5內(nèi)與石墨堝托7的底部相連，起到轉(zhuǎn)動(dòng)石墨堝托7、石墨坩堝11、石英堝托9、石英坩堝8的作用，加熱器3與電極2相連，設(shè)置在電極2與石墨堝托7之間，多層石墨保溫罩4設(shè)置在爐體5內(nèi)壁上，導(dǎo)線接板12與電極2相連。

溫度感測(cè)器13和液體厚度感測(cè)器14設(shè)置在石英坩堝8內(nèi)，并與微控制器15電連接，微控制器15與顯示與控制終端16電連接，溫度感測(cè)器13和液體厚度感測(cè)器14將獲得的信號(hào)傳輸給微控制器15，微控制器15將信號(hào)處理后傳輸給顯示與控制終端16。三個(gè)溫度感測(cè)器13分別設(shè)置在靠近籽晶軸6下端的籽晶6a處、靠近石英坩堝8內(nèi)壁處、籽晶6a與石英坩堝8內(nèi)壁之間，設(shè)置在石英坩堝8內(nèi)的液封流體與原料熔融液體的液體界面處，可以準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)液液界面處的溫度分布情況。液體厚度感測(cè)器14設(shè)置在石英坩堝8內(nèi)的液封流體的上方，用以探測(cè)加入液封流體后坩堝流體的深度增加量，即增添液封流體的厚度。溫度感測(cè)器13為DS18B20數(shù)位溫度感測(cè)器，液體厚度感測(cè)器14為HC-SR04超聲波感測(cè)器，微控制器15為Arduino UNO控制器，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，應(yīng)用廣泛，方便安裝，成本低。顯示與控制終端16使用LabVIEW上位機(jī)控制軟 件和計(jì)算機(jī)。Arduino UNO控制器設(shè)置于爐體外，通過(guò)RS-232/USB連線到設(shè)置于爐體外部的LabVIEW上位機(jī)控制軟件。

Arduino數(shù)位通訊埠給HC-SR04與DS18B20的接腳發(fā)送高電位訊號(hào)，觸發(fā)測(cè)距與測(cè)溫功能；HC-SR04模組被觸發(fā)后，便自動(dòng)發(fā)送超聲波脈沖；如有訊號(hào)傳回，Arduino便根據(jù)高電位持續(xù)的時(shí)間計(jì)算距離被測(cè)物的實(shí)際距離，最后換算成液封流體的表面高度，即是液封流體的高度。如果測(cè)量的溫度與厚度未超過(guò)原先設(shè)定的溫度曲線和厚度要求，則繼續(xù)下一步的晶體提拉生長(zhǎng)過(guò)程；如果溫度與液封厚度發(fā)生異常，則停止液封流體的注入。Arduino控制板負(fù)責(zé)讀取LabVIEW上位機(jī)發(fā)來(lái)的距離測(cè)量和溫度攫取指令，透過(guò)序列埠發(fā)送回LabVI EW軟體，并將回傳的溫度資料、計(jì)算獲得測(cè)量液封層厚度顯示在前面板上。數(shù)據(jù)的傳輸通過(guò)USB連線至生長(zhǎng)爐外部的計(jì)算機(jī)，供上位機(jī)LabVIEW顯示。LabVIEW上位機(jī)左表盤可以顯示溫度感測(cè)器測(cè)量到的液封流體的溫度具體數(shù)值，右表盤顯示液封流體的厚度具體數(shù)值。液封流體的溫度和厚度可給工程人員提供參考數(shù)值以確定最佳的液封流體與熔體厚度比值。

進(jìn)一步，加熱器3的加熱線圈采用低頻電阻加熱，并可采用調(diào)壓變壓器控制。爐體1由不易生銹、非多孔性、不易揮發(fā)、易于清潔處理，并有一定機(jī)械強(qiáng)度的不銹鋼材料壓制而成，并且爐體是雙層水冷，呈圓筒形，內(nèi)壁無(wú)死角，能有效散熱、便于清潔處理。

本實(shí)用新型將液封流體導(dǎo)入裝置設(shè)置在石墨堝托的旁邊，起到將加熱達(dá)到熔融狀態(tài)的液封流體導(dǎo)入到藍(lán)寶石熔體上方形成兩不相溶混熔體層的作用，實(shí)現(xiàn)了液封流體的導(dǎo)入，為晶體生長(zhǎng)的質(zhì)量提供了保障。本實(shí)用新型使用超聲波感測(cè)器檢測(cè)液封層的厚度，具有不受外界光及電磁場(chǎng)等因素影響的優(yōu)點(diǎn)，在比 較惡劣的環(huán)境中也具有適應(yīng)能力，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，克服了其它液封法生長(zhǎng)晶體無(wú)法測(cè)量與控制液封層厚度的局限。使用數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行液封層與熔體液液界面溫度分布的監(jiān)控，可以實(shí)時(shí)響應(yīng)溫度分布情況。使用Arduino控制器，此控制器價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛，可以實(shí)現(xiàn)液封層厚度與液液界面溫度超過(guò)液封層厚度曲線與溫度曲線之后的觀察，可達(dá)到監(jiān)控液封層與熔體層徑深比的最終目的。本實(shí)用新型提供的液封提拉法生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)裝置，機(jī)械傳動(dòng)部分主要包括籽晶軸和坩堝軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和提升，并且籽晶軸的轉(zhuǎn)速在調(diào)速范圍內(nèi)穩(wěn)定無(wú)振動(dòng)；并且加熱線圈采用低頻電阻加熱，功率小，能耗低，節(jié)約能源，并且加熱功率可實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，功率足夠使硅料全部融化。此外，本實(shí)用新型的晶體生長(zhǎng)的裝置能提高生產(chǎn)效率，高度節(jié)能，操作方便，使用安全，大大降低了生產(chǎn)成本，并提高了晶體的利用率，節(jié)約了資源。