本實(shí)用新型涉及晶體生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種使用垂直梯度凝固法制備磷化銦單晶的高壓爐。

背景技術(shù)：

隨著光纖通信、高速電子器件、高效太陽(yáng)能電池以及激光二極管的快速發(fā)展，人們對(duì)大直徑、高純度的單晶體磷化銦(InP)的需求越來越迫切。單晶體InP尤其適合作為一種結(jié)構(gòu)材料制造用于晶格匹配的光纖源與檢測(cè)器、高速集成電路以及高頻微波裝置的襯底。

磷化銦單晶的生長(zhǎng)方法主要包括LEC法和VGF法兩種。LEC法，也稱液封直拉法。這種方法設(shè)備成本較高，晶體應(yīng)力較大，位錯(cuò)密度高，晶體生長(zhǎng)工藝復(fù)雜，不利于生長(zhǎng)高質(zhì)量大尺寸的單晶。

目前應(yīng)用較多的是VGF法，也稱垂直梯度凝固法，該方法是將裝有磷化銦多晶原料的熱解氮化硼(PBN)坩堝封裝在一個(gè)石英坩堝之中，然后垂直置于VGF爐中設(shè)定的相應(yīng)溫度梯度部位，石英坩堝中分布有紅磷，待多晶原料全熔后，從下部一端緩慢結(jié)晶并延續(xù)到上部一端的晶體生長(zhǎng)方法。該方法因?yàn)樯L(zhǎng)速度較慢，溫度梯度很小，因此晶體所受應(yīng)力較小，所以可以生長(zhǎng)出位錯(cuò)密度相對(duì)較低的晶體材料。

現(xiàn)有采用VGF法制備磷化銦單晶的高壓爐都為豎直固定的長(zhǎng)柱形結(jié)構(gòu)，裝有磷化銦生長(zhǎng)所需原料的坩堝需要通過吊裝工具從高壓爐的頂部垂直放入和取出，坩堝定位及高壓爐頂部密封都非常不方便。同時(shí)由于在磷化銦單晶生長(zhǎng)需要在高溫高壓下進(jìn)行，在磷化銦單晶生長(zhǎng)過程及生長(zhǎng)完成后，都需要對(duì)高壓爐的爐體表面進(jìn)行降溫，防止高溫燙傷使用者。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種用于制備磷化銦單晶的高壓爐，在實(shí)現(xiàn)耐高溫高壓、抗腐蝕性，熱傳導(dǎo)系數(shù)穩(wěn)定，以保證磷化銦單晶的生成質(zhì)量的同時(shí)，通過翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)爐體在豎直和水平之間進(jìn)行切換，便于裝爐和卸爐，減輕操作人員的工作量，從而提高生產(chǎn)效率。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：

一種用于制備磷化銦單晶的高壓爐，包括支撐架、固定框架、爐體和爐膛，所述爐膛內(nèi)設(shè)有加熱單元，所述加熱單元中設(shè)有坩堝固定座，所述爐體包括中空的殼體、上端蓋和下端蓋，所述上端蓋和下端蓋均通過密封圈與殼體氣密連接以形成所述爐膛，所述固定框架包括壓板、支承板、側(cè)板、螺桿和螺母，所述壓板位于爐體上、下兩端，所述支承板套設(shè)在殼體上，所述側(cè)板固定連接在支承板的兩側(cè)，所述螺桿貫穿壓板和支承板，并通過螺母將爐體密封并固定在固定框架上，所述側(cè)板和支撐架上端的側(cè)壁之間設(shè)置有翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述固定框架和支撐架通過翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

進(jìn)一步地，為了對(duì)高壓爐的爐體表面進(jìn)行降溫，防止高溫燙傷使用者，所述殼體的外表面纏繞有空心銅管，所述空心銅管的兩端能夠與冷卻系統(tǒng)連通。利用循環(huán)水實(shí)現(xiàn)爐體表面的降溫。

進(jìn)一步地，所述爐膛內(nèi)還設(shè)有熱保護(hù)單元，所述熱保護(hù)單元位于加熱單元和殼體之間。

進(jìn)一步地，所述翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)還包括一設(shè)置在支撐架一側(cè)的手輪。通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，實(shí)現(xiàn)爐體的翻轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，在磷化銦單晶生成完成后，由于存在高溫和負(fù)壓，為方便打開上端蓋，在所述上端蓋的頂面設(shè)有拉環(huán)。

進(jìn)一步地，所述爐體為由不銹鋼材料制成的爐體。

本實(shí)用新型的用于制備磷化銦單晶的高壓爐，通過將不銹鋼爐體固定在固定框架中，實(shí)現(xiàn)爐體的耐高溫高壓和抗腐蝕性；通過在爐體外殼上纏繞可通入冷卻水的空心銅管，有效降低爐體表面溫度，防止?fàn)C傷使用者；通過熱保護(hù)單元，使熱傳導(dǎo)系數(shù)穩(wěn)定；通過翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)爐體在豎直和水平之間進(jìn)行切換，便于裝爐和卸爐，減輕操作人員的工作量，提高生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型高壓爐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型高壓爐的主剖面視圖；

附圖標(biāo)記說明：1-支撐架；2-固定框架；3-爐體；4-爐膛；5-加熱單元；6-坩堝固定座；7-翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；8-空心銅管；9-熱保護(hù)單元；10-手輪；11-坩堝；21-壓板；22-支承板；23-側(cè)板；24-螺桿；25-螺母；31-殼體；32-上端蓋；33-下端蓋；34-密封圈；35-拉環(huán)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例：

請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖2所示，一種用于制備磷化銦單晶的高壓爐，包括支撐架1、固定框架2、爐體3和爐膛4。所述支撐架1為由兩片L形的支架組成，其下部用連接桿固定，其上部形成八字形的開口，用于安裝固定框架(2)。

所述爐體3采用不銹鋼材料制成，包括中空的殼體31、上端蓋32和下端蓋33，所述上端蓋32和下端蓋33均通過密封圈34與殼體31氣密連接以形成所述爐膛4，所述爐膛4內(nèi)設(shè)有加熱單元5，所述加熱單元5中設(shè)有坩堝固定座6，裝有磷化銦生長(zhǎng)所需原料的坩堝11可拆卸性安裝在坩堝固定座6中，所述坩堝11包括密封的石英坩堝和位于石英坩堝內(nèi)的熱解氮化硼(PBN)坩堝，所述原料為籽晶、InP多晶、氧化硼和磷。所述爐膛4內(nèi)還設(shè)有熱保護(hù)單元9，所述熱保護(hù)單元9位于加熱單元5和殼體31之間，用于保證磷化銦單晶生長(zhǎng)所需溫度維持在設(shè)定值，同時(shí)防止過多的熱量傳遞到爐體3上。

所述固定框架2包括壓板21、支承板22、側(cè)板23、螺桿24和螺母25，所述壓板21的數(shù)量為兩塊，分別位于爐體3的上、下兩端，其中部設(shè)有通孔，以使高壓爐的各種管線能夠通過，所述支承板22和側(cè)板23的數(shù)量均為兩塊，其中支承板22套設(shè)在殼體31上，側(cè)板23可通過固定螺絲固定在支承板22的兩側(cè)，形成一矩形的支承結(jié)構(gòu)，所述螺桿24貫穿壓板21和支承板22，其兩端均設(shè)外螺紋，通過螺母25調(diào)整上下壓板21的距離，將上端蓋32、殼體31和下端蓋33進(jìn)行密封，最后通過固定螺絲將支撐板22固定在螺桿24的合適位置，即可完成爐體3和固定框架2的安裝。

所述側(cè)板23和支撐架1上端的側(cè)壁之間設(shè)置有翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)7，所述固定框架2和支撐架1通過翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)7轉(zhuǎn)動(dòng)連接。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)7可采用齒輪機(jī)構(gòu)或其他現(xiàn)有技術(shù)，只要能夠?qū)崿F(xiàn)固定框架2和支撐架1之間的180°翻轉(zhuǎn)即可，在此就不對(duì)其詳細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行贅述。其中，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)7可通過外部電機(jī)進(jìn)行帶動(dòng)，也可人工操作，在本實(shí)施例中，是通過設(shè)置在支撐架1一側(cè)的手輪10，通過旋轉(zhuǎn)手輪10，帶動(dòng)固定框架2的翻轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)爐體3的翻轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，為了對(duì)爐體3表面進(jìn)行降溫，防止高溫燙傷使用者，在所述殼體31的外表面纏繞空心銅管8，優(yōu)選將空心銅管8無間隙纏繞在殼體31的外表面，再通過設(shè)置冷卻系統(tǒng)，將空心銅管8的兩端與冷卻系統(tǒng)連通，利用循環(huán)水實(shí)現(xiàn)爐體3表面的降溫。這種纏繞空心銅管8的冷卻方式，相較于在殼體31內(nèi)部設(shè)置散熱通道更加靈活多變，且便于維護(hù)。

進(jìn)一步地，在磷化銦單晶制備完成需要開爐時(shí)，旋轉(zhuǎn)手輪10將爐體3翻轉(zhuǎn)至水平位置，由于爐體3的高溫以及爐膛4內(nèi)部的壓力，還是無法直接將上端蓋32打開，此時(shí)就需要使用拉桿等工具，勾住上端蓋32上的拉環(huán)35，即可輕松將上端蓋32打開，取出爐膛4中的磷化銦單晶。

本實(shí)用新型的用于制備磷化銦單晶的高壓爐，通過將不銹鋼爐體3固定在固定框架2中，實(shí)現(xiàn)爐體3的耐高溫高壓和抗腐蝕性；通過在爐體3的殼體31纏繞可通入冷卻水的空心銅管8，有效降低爐體3的表面溫度，防止?fàn)C傷使用者；通過熱保護(hù)單元9，使熱傳導(dǎo)系數(shù)穩(wěn)定；通過翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)7能夠?qū)崿F(xiàn)爐體3在豎直和水平位置之間的切換，便于裝爐和卸爐，減輕操作人員的工作量，提高生產(chǎn)效率。

上列詳細(xì)說明是針對(duì)本實(shí)用新型可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡未脫離本實(shí)用新型所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的保護(hù)范圍中。