專利名稱：多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多元化合物紅外晶體的生長(zhǎng)裝置，屬于無(wú)機(jī)晶體生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
中遠(yuǎn)紅外相干光源在激光領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用，在軍事領(lǐng)域，如激光制導(dǎo)、激光 定向紅外千擾、激光通訊、紅外遙感、紅外熱像儀、紅外測(cè)距、激光瞄準(zhǔn)等；在民用領(lǐng)域， 如環(huán)境中痕量氣體探測(cè)、生物、醫(yī)藥等方面都有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。目前的激光基質(zhì)材料 已經(jīng)能夠產(chǎn)生在一定范圍內(nèi)可調(diào)諧的相干光源輸出，但由于其可調(diào)諧的波長(zhǎng)范圍決定于激活 離子在激光介質(zhì)中的增益帶寬，因此它們的可調(diào)諧范圍及效率受到相當(dāng)大的限制。多元化合
物紅外晶體如AgGaS2、 AgGaSe2、 ZnGeP2、 CdGeAs2、 LiInS2 、 LilnSe2等具有優(yōu)異的非線性光 學(xué)性能，可以通過(guò)光參量放大(0PA)、光參量振蕩(0P0)等非線性頻率變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧 的中遠(yuǎn)紅外激光輸出。上述化合物紅外晶體是公認(rèn)的生長(zhǎng)較為困難的晶體， 一般可用布里奇 曼法(Bridgman法)進(jìn)行單晶生長(zhǎng)，傳統(tǒng)的Bridgman法溫場(chǎng)的梯度區(qū)即固-液界面處的溫度 梯度較小，且無(wú)法根據(jù)不同的晶體生長(zhǎng)習(xí)性迸行調(diào)節(jié)。這些化合物組分多，熔點(diǎn)差別大，飽 和蒸汽壓差別大，高溫下易分解；尤其是結(jié)晶過(guò)程中，由于組成化合物各組元物質(zhì)的分凝系 數(shù)不同，加之固體與熔體的導(dǎo)熱性能差別大，隨著晶體生長(zhǎng)過(guò)程的變化，會(huì)使結(jié)晶區(qū)的溫場(chǎng) 發(fā)生變化，導(dǎo)致固一液界面發(fā)生漂移，很難維持晶體生長(zhǎng)所需的平(或微凸)界面生長(zhǎng)，所 以，通常的Bridgman方法和現(xiàn)有生長(zhǎng)設(shè)備很難獲得完整性好的化合物半導(dǎo)體單晶體，制約紅 外晶體的應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)技術(shù)存在的不足，提供一種能夠制備出外 觀完整、結(jié)晶性能良好的多元化合物紅外晶體的多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置。 本實(shí)用新型的多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置采用以下技術(shù)解決方案 該多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置包括爐體，爐體內(nèi)的爐膛由上至下包括上部高溫區(qū)、中 部梯度區(qū)和下部低溫區(qū)三種溫區(qū)，上部高溫區(qū)和下部低溫區(qū)設(shè)置有獨(dú)立控溫的加熱器，上部 高溫區(qū)和下部低溫區(qū)均安放有控溫?zé)犭娕?，中部梯度區(qū)為帶通氣孔的隔熱耐火層，爐膛內(nèi)設(shè) 有支撐桿，支撐桿的下端與旋轉(zhuǎn)卡頭連接，旋轉(zhuǎn)卡頭與一電機(jī)連接，電機(jī)安裝在一個(gè)螺旋移 動(dòng)機(jī)構(gòu)上。
上部高溫區(qū)的控溫?zé)犭娕及卜旁谏喜扛邷貐^(qū)高度的1/2 2/3位置處，下部低溫區(qū)的控溫 熱電偶安放在下部低溫區(qū)高度的1/3 1/2位置處。
隔熱耐火層的上、下端設(shè)有擋板，調(diào)節(jié)上、下?lián)醢宓奈恢每梢愿淖兏魺崮突鸢宓暮穸取?br> 隔熱耐火層的上面加設(shè)一層氧化鋯纖維毯，以進(jìn)一步阻擋高溫區(qū)熱量傳遞到低溫區(qū)。
爐膛的頂部設(shè)有絕熱帽，用于封閉爐膛。
爐膛的底部設(shè)有隔熱環(huán)，以防止熱量向大氣傳遞。
支撐桿內(nèi)部放置有測(cè)溫?zé)犭娕?，用于?shí)時(shí)測(cè)量坩堝尖部的溫度。
本實(shí)用新型的多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置，使晶體在高溫區(qū)、低溫區(qū)和梯度區(qū)三種溫 區(qū)的不同溫度場(chǎng)中生長(zhǎng)，在梯度區(qū)能夠獲得較大溫度梯度且溫度梯度可調(diào)節(jié)，從而可以根據(jù)不同多元化合物紅外晶體的生長(zhǎng)習(xí)性，方便的調(diào)節(jié)高溫區(qū)、低溫區(qū)的控溫溫度，獲得適合不 同化合物紅外晶體生長(zhǎng)的溫場(chǎng)，維持固-液界面的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)晶體的平界面生長(zhǎng)。使用該生 長(zhǎng)裝置，采用布里奇曼法(Bridgman法)能夠制備出外觀完整、結(jié)晶性能良好的多元化合物 紅外晶體。


附圖是本實(shí)用新型的多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、爐體，2、石英管，3、石墨坩堝，4、上加熱器，5、高溫區(qū)控溫?zé)犭娕迹?、
氧化鋯隔熱毯，7、上擋板，8、隔熱耐火層，9、下?lián)醢澹?0、低溫區(qū)控溫?zé)犭娕迹?1、下加
熱器，12、支撐桿，13、隔熱環(huán)，14、測(cè)溫?zé)犭娕迹?5、卡頭，16、絕熱帽，17、固液界面，
18、高溫區(qū)，19、梯度區(qū)，20、低溫區(qū)，21、通氣孔。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置如圖1所示，包括爐體1，爐體1的外殼與 爐膛之間填滿保溫材料。爐體內(nèi)的爐膛由上至下包括上部高溫區(qū)18、中部梯度區(qū)19和下部 低溫區(qū)20三部分。爐膛的頂部設(shè)有由高鋁耐火磚制成的用于封閉爐膛的絕熱帽16，能夠有 效的防止"煙囪效應(yīng)"，確保高溫區(qū)較大的范圍內(nèi)保持恒溫，有利于多晶原料的熔化和均勻性。 爐膛底部加設(shè)一個(gè)隔熱環(huán)13，防止熱量向大氣傳遞造成熱量損失，維持低溫區(qū)的溫場(chǎng)穩(wěn)定性， 確保低溫區(qū)較大范圍內(nèi)保持恒溫。上部高溫區(qū)18內(nèi)設(shè)置有由獨(dú)立的FP23精密控溫儀控制控 溫的上加熱器4，高溫區(qū)控溫?zé)犭娕?安放在上部高溫區(qū)高度的1/2 2/3位置處。下部低溫 區(qū)20內(nèi)設(shè)置有由獨(dú)立的FP23精密控溫儀控制控溫的加熱器11，低溫區(qū)控溫?zé)犭娕?0安放 在下部低溫區(qū)高度的1/3 1/2位置處。下加熱器11的中心對(duì)準(zhǔn)爐膛中心軸線放置于爐膛， 確保恒溫區(qū)內(nèi)徑向溫場(chǎng)的均勻。中部梯度區(qū)19為一層帶通氣孔21的由輕質(zhì)莫來(lái)石隔熱材料 制成的隔熱耐火層8，隔熱耐火層8的上下端設(shè)有不銹鋼材料的上擋板7和下?lián)醢?,隔熱耐 火層8的厚度通過(guò)調(diào)節(jié)上擋板7和下?lián)醢?之間的距離來(lái)調(diào)整。在隔熱耐火層8的上面放一 層氧化鋯隔熱毯6，以增加隔熱效果，隔熱耐火層8和氧化鋯隔熱毯6的內(nèi)徑要與坩堝的外 徑尺寸相匹配，保證坩堝向下移動(dòng)時(shí)能通過(guò)。隔熱耐火層8和氧化鋯纖維毯6是用于阻擋高 溫區(qū)的熱量向梯度區(qū)的輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)，以減小高溫區(qū)的溫差，維持溫場(chǎng)的穩(wěn)定；由于空 氣的導(dǎo)熱系數(shù)較小，隔熱耐火層8的中間通氣孔能有效的阻止高溫區(qū)的熱量向梯度區(qū)傳遞， 增大梯度區(qū)的溫度梯度。通過(guò)調(diào)節(jié)上擋板7和下?lián)醢?之間的距離，改變隔熱耐火層8中間 通氣孔的大小能夠在較窄的梯度區(qū)實(shí)現(xiàn)較大的溫度梯度，滿足不同多元化合物紅外晶體的生 長(zhǎng)需求。爐膛內(nèi)還設(shè)有支撐坩堝3的支撐桿12，支撐桿12通過(guò)旋轉(zhuǎn)卡頭15與電機(jī)連接。晶 體生長(zhǎng)過(guò)程中為了保持坩堝內(nèi)的徑向溫度分布均勻，通過(guò)旋轉(zhuǎn)卡頭15使支撐桿12與電機(jī)連 接，實(shí)現(xiàn)坩堝的旋轉(zhuǎn)，電機(jī)安裝在一個(gè)螺旋移動(dòng)機(jī)構(gòu)上(圖中未畫出)，能夠?qū)崿F(xiàn)坩堝的下降。 裝有石墨坩堝3的石英管2放置在支撐桿12上端的喇叭口內(nèi)，在緊靠坩堝3的尖部放置有測(cè) 溫?zé)犭娕?4，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)坩堝尖部的溫度，了解晶體生長(zhǎng)過(guò)程，在籽晶生長(zhǎng)工藝中，也有 助于實(shí)現(xiàn)籽晶的成功熔接。
本實(shí)用新型可以根據(jù)不同多元化合物紅外晶體的生長(zhǎng)習(xí)性，方便的調(diào)節(jié)高溫區(qū)、低溫區(qū) 的控溫溫度，獲得適合不同化合物紅外晶體生長(zhǎng)的溫場(chǎng)，維持石墨坩堝3內(nèi)固液界面17的穩(wěn) 定性，實(shí)現(xiàn)晶體的平界面生長(zhǎng)。
權(quán)利要求1. 一種多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置，包括爐體，其特征在于爐體內(nèi)的爐膛由上至下包括上部高溫區(qū)、中部梯度區(qū)和下部低溫區(qū)三種溫區(qū)，上部高溫區(qū)和下部低溫區(qū)設(shè)置有獨(dú)立控溫的加熱器，上部高溫區(qū)和下部低溫區(qū)均安放有控溫?zé)犭娕迹胁刻荻葏^(qū)為帶通氣孔的隔熱耐火層，爐膛內(nèi)設(shè)有支撐桿，支撐桿的下端與旋轉(zhuǎn)卡頭連接，旋轉(zhuǎn)卡頭與一電機(jī)連接，電機(jī)安裝在一個(gè)螺旋移動(dòng)機(jī)構(gòu)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置，其特征在于所述上部高溫區(qū)的控 溫?zé)犭娕及卜旁谏喜扛邷貐^(qū)高度的1/2 2/3位置處，下部低溫區(qū)的控溫?zé)犭娕及卜旁谙虏康蜏貐^(qū)高度的l/3 l/2位置處。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置，其特征在于所述隔熱耐火層的上、下端設(shè)有擋板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置，其特征在于所述隔熱耐火層的上 面加設(shè)一層氧化鋯纖維毯。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置，其特征在于所述爐膛的頂部設(shè)有 絕熱帽。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置，其特征在于所述爐膛的底部設(shè)有隔熱環(huán)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置，其特征在于所述支撐桿內(nèi)部放置有測(cè)溫?zé)犭娕肌?br> 8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置，其特征在于所述支撐桿通過(guò)旋轉(zhuǎn) 卡頭與電機(jī)連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種多元化合物紅外晶體生長(zhǎng)裝置，包括爐體，爐體內(nèi)的爐膛由上至下包括上部高溫區(qū)、中部梯度區(qū)和下部低溫區(qū)三種溫區(qū)，上部高溫區(qū)和下部低溫區(qū)設(shè)置有獨(dú)立控溫的加熱器，上部高溫區(qū)和下部低溫區(qū)均安放有控溫?zé)犭娕迹胁刻荻葏^(qū)為帶通氣孔的隔熱耐火層，爐膛內(nèi)設(shè)有支撐桿，支撐桿的下端與旋轉(zhuǎn)卡頭連接，旋轉(zhuǎn)卡頭與一電機(jī)連接，電機(jī)安裝在一個(gè)螺旋移動(dòng)機(jī)構(gòu)上。本實(shí)用新型可以根據(jù)不同多元化合物紅外晶體的生長(zhǎng)習(xí)性，方便的調(diào)節(jié)高溫區(qū)、低溫區(qū)的控溫溫度，獲得適合晶體生長(zhǎng)的溫場(chǎng)，維持固-液界面的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)晶體的平界面生長(zhǎng)。使用該生長(zhǎng)裝置，采用布里奇曼法能夠制備出外觀完整、結(jié)晶性能良好的多元化合物紅外晶體。
文檔編號(hào)C30B35/00GK201224776SQ20082002599
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者王善朋, 蔣民華, 陶緒堂 申請(qǐng)人:山東大學(xué)