一種高壓單晶爐內(nèi)防止熱電偶被腐蝕或熔斷的結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高壓單晶爐內(nèi)防止熱電偶被腐蝕或熔斷的結(jié)構(gòu)，涉及半導(dǎo)體材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型包括加熱器、坩堝、坩堝托、上坩堝桿、下坩堝桿,坩堝及坩堝托置于加熱器熱場中，上坩堝桿和下坩堝桿均為中空結(jié)構(gòu)，坩堝桿下端設(shè)有密封結(jié)構(gòu)，上坩堝桿的中空腔為密封腔，熱電偶穿過密封結(jié)構(gòu)使熱電偶測量端位于上坩堝桿密封腔的頂部；下坩堝桿的上端口與上坩堝桿的下端口為可拆卸式緊固連接結(jié)構(gòu)。本實用新型能有效阻隔在高溫高壓情況下腐蝕性或揮發(fā)性氣體滲入上坩堝桿腔內(nèi)，防止熱電偶測量端合金探頭被腐蝕斷或由于與滲入氣體反應(yīng)降低熔點導(dǎo)致其熔斷，保證整個合成及晶體生長過程中溫度精準的反饋和顯示，提高晶體材料成品率。
【專利說明】
一種高壓單晶爐內(nèi)防止熱電偶被腐蝕或熔斷的結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及半導(dǎo)體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種高壓單晶爐內(nèi)防止熱電偶被腐蝕或熔斷的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]晶體材料在現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中占有越來越高的份量，熱場控制對晶體合成及生長過程中的質(zhì)量及成品率有著重要影響。而通過熱偶的精準反饋，及時調(diào)控加熱功率，形成良好的熱場，產(chǎn)生合理的溫度梯度，可以生長出殘余應(yīng)力小，位錯密度低，電學(xué)參數(shù)優(yōu)良的晶體材料。因此，配置最佳熱場，對熱場的實時監(jiān)測非常重要。
[0003]探測熱電偶從中空的下坩禍桿內(nèi)穿入至中空的上坩禍桿頂端。上坩禍桿頂部連接著已套入坩禍的坩禍托底部。由于下坩禍桿和上坩禍桿靠擰螺紋鎖緊(或法蘭壓緊、或卡接等其它機械式緊固連接結(jié)構(gòu))，機械式的緊固難免會存在間隙，而且晶體生長的條件是在高溫高壓環(huán)境中。上坩禍桿腔內(nèi)和腔外，會存在一定的溫度差及氣氛濃度差，從而會使微量的腐蝕性或揮發(fā)性氣體從鎖扣間隙(或其它機械式緊固間隙)處滲入，如與鉑銠熱電偶測量端的合金探頭反應(yīng)，經(jīng)常在幾百攝氏度時即被熔斷。(鉑銠熱偶正常測量溫度可達一千七百攝氏度)。與鎳鉻鎳鋁熱電偶測量端的合金探頭反應(yīng)，經(jīng)常在幾百攝氏度時即被熔斷。(鎳鉻鎳鋁熱偶正常測量溫度可達一千三百攝氏度)。大大降低了其測量性能，無法完成后續(xù)晶體生長過程中的溫度反饋，使操作人員無從對高壓單晶爐內(nèi)的熱場進行調(diào)控及操作，嚴重影響晶體生長的成品率。甚至造成溫度失控，可能產(chǎn)生嚴重的安全隱患。曾經(jīng)試過鎧裝式熱偶保護，即熱電偶測量端探頭處套封保護帽，但保護帽具有一定的絕熱性，大大降低熱電偶測量端的溫度反饋精準度，使合成及晶體生長時的溫度調(diào)控更加復(fù)雜，同樣影響工藝操作和晶體材料的成品率。并且由于鎧裝式熱偶為整體套封保護，當(dāng)熱偶損壞時，無法更換保護套內(nèi)的熱偶絲，只能整套更新，操作繁瑣，大大增加成本。所以此方法也不適合要求精準溫度測量的合成及晶體生長工藝。而且目前尚無發(fā)現(xiàn)其它鎧裝方式適合此工藝。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種高壓單晶爐內(nèi)防止熱電偶被腐蝕或熔斷的結(jié)構(gòu)，能有效阻隔在高溫高壓情況下腐蝕性或揮發(fā)性氣體滲入上坩禍桿腔內(nèi)，防止熱電偶測量端合金探頭被腐蝕斷或由于與滲入氣體反應(yīng)降低熔點導(dǎo)致其熔斷，保證整個合成及晶體生長過程中溫度精準的反饋和顯示，提高晶體材料成品率和生產(chǎn)率。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是:一種高壓單晶爐內(nèi)防止熱電偶被腐蝕或熔斷的結(jié)構(gòu)，包括加熱器、坩禍、坩禍托、上坩禍桿，嵌套坩禍的坩禍托置于加熱器熱場中，上坩禍桿設(shè)于坩禍托的底部，上坩禍桿為中空結(jié)構(gòu)，坩禍桿的下端設(shè)有密封結(jié)構(gòu)，上坩禍桿的中空腔形成密封腔，熱電偶穿過密封結(jié)構(gòu)使熱電偶測量端位于上坩禍桿的密封腔內(nèi)的頂部;還設(shè)有中空的下坩禍桿，下坩禍桿的上端口與上坩禍桿的下端口為可拆卸式緊固連接結(jié)構(gòu)。
[0006]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，還設(shè)有中空的下坩禍桿，下坩禍桿的上端口與上坩禍桿的下端口為可拆卸式緊固連接結(jié)構(gòu)。
[0007]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的可拆卸式緊固連接結(jié)構(gòu)為，上坩禍桿的下端部設(shè)有內(nèi)螺紋，下坩禍桿的上端設(shè)有外螺紋，上坩禍桿與下坩禍桿螺紋連接。
[0008]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的密封結(jié)構(gòu)為:上坩禍桿下端部設(shè)有內(nèi)螺紋段的孔徑大于上坩禍桿上部穿有熱電偶的中空腔的內(nèi)徑，使該內(nèi)螺紋段的頂部形成上限位臺肩，該上限位臺肩的下面設(shè)有碳纖維氈墊圈，熱電偶從所述碳纖維氈墊圈中穿過，下坩禍桿與上坩禍桿螺紋旋緊時，碳纖維氈墊圈被壓緊在上坩禍桿與下坩禍桿之間。
[0009]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，可拆卸式緊固連接結(jié)構(gòu)還可為法蘭壓緊或卡接，密封結(jié)構(gòu)為:在下坩禍桿的上端面與上坩禍桿的下端面之間設(shè)有碳纖維氈墊圈，熱電偶從所述碳纖維氈墊圈中穿過，下坩禍桿與上坩禍桿法蘭壓緊或卡接時，碳纖維氈墊圈被壓緊在上坩禍桿與下坩禍桿之間。
[0010]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，所述熱電偶為帶有熱電偶保護管的熱電偶，熱電偶測量端位于熱電偶保護管的外面。
[0011]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，熱電偶保護管為兩路空腔陶瓷管。
[0012]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，熱電偶測量端為熱電偶絲焊接后的合金觸點。
[0013]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本實用新型熱電偶在密封的上坩禍桿內(nèi)，能阻隔在高溫高壓情況下腐蝕性或揮發(fā)性氣體滲入上坩禍桿腔內(nèi)，避免上坩禍桿腔內(nèi)的熱電偶測量端被腐蝕、反應(yīng)、熔斷，從而得到精準的溫度反饋，使操作人員及時調(diào)控?zé)釄?，穩(wěn)定工藝，保證了合成及晶體生長的成品率。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是圖1中A處的局部放大圖；
[0016]圖中:1、加熱器，2、坩禍，3、被測材料，4、坩禍托，5、上坩禍桿，6、熱電偶，7、熱電偶測量端，8、碳纖維氈墊圈，9、下坩禍桿。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0018]參見圖1、圖2所示，本實用新型包括加熱器1、坩禍2、坩禍托4、上坩禍桿5，嵌套坩禍2的坩禍托4置于加熱器I熱場中，上坩禍桿5設(shè)于坩禍托4的底部，上坩禍桿5為中空結(jié)構(gòu)，坩禍桿5的下端設(shè)有密封結(jié)構(gòu)，上坩禍桿5的中空腔形成密封腔，熱電偶6穿過密封結(jié)構(gòu)使熱電偶測量端7位于上坩禍桿5的密封腔內(nèi)的頂部;還設(shè)有中空的下坩禍桿9，下坩禍桿9的上端口與上坩禍桿5的下端口為可拆卸式緊固連接結(jié)構(gòu)。
[0019]其中，可拆卸式緊固連接結(jié)構(gòu)為，上坩禍桿5的下端部設(shè)有內(nèi)螺紋，下坩禍桿9的上端設(shè)有外螺紋，上坩禍桿5與下坩禍桿9螺紋連接;可拆卸式緊固連接結(jié)構(gòu)還可為用法蘭壓緊、或卡接等其它機械式緊固連接結(jié)構(gòu)。并在上坩禍桿5與下坩禍桿9的之間設(shè)置密封墊圈可以起到密封的作用。
[0020]進一步對密封結(jié)構(gòu)進行描述如下，密封結(jié)構(gòu)為，上坩禍桿5下端部設(shè)有內(nèi)螺紋段的孔徑大于上坩禍桿5上部穿有熱電偶6的中空腔的內(nèi)徑，使該內(nèi)螺紋段的底部形成上限位臺肩，該上限位臺肩的下面設(shè)有碳纖維氈墊圈8，熱電偶6從所述碳纖維氈墊圈8中穿過，下坩禍桿9與上坩禍桿5螺紋旋緊時，碳纖維氈墊圈8被壓緊在上坩禍桿5與下坩禍桿9的之間。其中，另一種結(jié)構(gòu)為，下坩禍桿9設(shè)置內(nèi)螺紋，而上坩禍桿5設(shè)置外螺紋，內(nèi)螺紋處設(shè)置下限位臺肩，上下坩禍桿旋緊時，碳纖維氈墊圈在上下坩禍桿之間被擠壓形變擴張，堵住鎖緊處微小的縫隙。
[0021]可拆卸式緊固連接結(jié)構(gòu)還可為用法蘭壓緊、或卡接等其它機械式緊固連接結(jié)構(gòu)，碳纖維氈墊圈8設(shè)在下坩禍桿9的上端面與上坩禍桿5的下端面之間，熱電偶6從所述碳纖維氈墊圈8中穿過，下坩禍桿9與上坩禍桿5法蘭壓緊或卡接或其它機械式緊固連接時，碳纖維氈墊圈8被壓緊在上坩禍桿5與下坩禍桿9之間，堵住緊固處微小的縫隙，起到密封的作用。
[0022]熱電偶6為帶有熱電偶保護管的熱電偶，熱電偶測量端7位于熱電偶保護管的外面，熱電偶保護管為兩路空腔陶瓷管，可穿入熱電偶絲，對熱電偶絲起到保護的作用。熱電偶測量端7為熱電偶絲焊接后的合金觸點。
[0023]本實用新型中，上坩禍桿5與下坩禍桿9螺紋鎖緊，或用法蘭壓緊、或卡接等其它機械式緊固鎖緊時，上坩禍桿5與下坩禍桿9將碳纖維氈墊圈8緊壓其中，所起的作用如下:
[0024]第一、上坩禍桿5與下坩禍桿9螺紋鎖緊時(或法蘭壓緊或卡接等其它機械式緊固)，碳纖維氈墊圈8在其中被緊壓抱死，上坩禍桿5與下坩禍桿9鎖緊處微小的縫隙被壓緊后形變擴張的碳纖維氈墊圈8堵住，能夠有效防止大部分腐蝕性或揮發(fā)性氣體滲入上坩禍桿5內(nèi)腔中與熱電偶測量端7反應(yīng)，因此，可以防止熱電偶絲在腐蝕性氣氛或揮發(fā)性氣氛中反應(yīng)或恪斷。
[0025]第二、由于碳纖維氈墊圈8壓緊抱死后，有很好的密封性。在高溫的加熱器中，上坩禍桿5中空腔內(nèi)的氣壓高于外部爐內(nèi)氣壓，由于內(nèi)外氣壓差，使外部腐蝕性或揮發(fā)性氣體無法滲入上坩禍桿5中空腔內(nèi)。
[0026]第三、碳纖維氈墊圈8由于其特殊的物理特性，碳纖維氈本身具有非常發(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)，具有很好的吸附廣譜性，是活性炭的幾倍甚至十幾倍，吸附容量大，可以有效吸附預(yù)滲入上坩禍桿5內(nèi)腔的腐蝕性或揮發(fā)性氣體，阻止腐蝕性或揮發(fā)性氣體滲入上坩禍桿5內(nèi)腔后使熱電偶測量端7完全被腐蝕斷或和其反應(yīng)后使熱電偶測量端7熔點降低，在高溫加熱的綜合條件下導(dǎo)致熱電偶測量端7熔斷現(xiàn)象的發(fā)生。腐蝕性或揮發(fā)性氣體包括:酸性、堿性等氣體或易與高溫貴金屬熱偶絲(如鉑銠-鉑、鉑銠-鉑銠、鎳鉻-鎳鋁等)反應(yīng)的化學(xué)元素周期表中五族元素如:P、As等氣體。
[0027]第四、碳纖維氈本身具有絕熱、耐高溫、耐酸、耐堿等特點，在高溫高壓的加熱場內(nèi)不易損壞腐蝕。
[0028]綜述，下坩禍桿和上坩禍桿鎖緊處設(shè)有碳纖維氈墊圈，在下坩禍桿和上坩禍桿鎖緊時被擠壓，碳纖維氈墊圈擴張形變、抱死，填充下坩禍桿和上坩禍桿結(jié)合面處的縫隙，有效地解決了機械式鎖緊后結(jié)合面間存在的縫隙，由于碳纖維氈本身具有很好的絕熱性、吸附性及耐腐蝕性，能有效阻隔腐蝕性或揮發(fā)性氣體的滲入，很好的保護了上坩禍桿內(nèi)腔的熱電偶測量端不被腐蝕熔斷，從而得到精準的溫度反饋，使操作人員及時調(diào)控?zé)釄觯€(wěn)定工藝，保證了晶體合成及生長的成品率。
[0029]另外，無論熱電偶處在爐內(nèi)什么位置，本實用新型所描述的熱電偶裝配的方式、方法都可以有效防止熱電偶在腐蝕性氣氛或揮發(fā)性氣氛中反應(yīng)及熔斷，并且能夠?qū)y量溫度進行準確的反饋。
【主權(quán)項】
1.一種高壓單晶爐內(nèi)防止熱電偶被腐蝕或熔斷的結(jié)構(gòu)，包括加熱器(I)、坩禍(2 )、坩禍托(4)、上坩禍桿(5)，嵌套坩禍(2)的坩禍托(4)置于加熱器(I)熱場中，上坩禍桿(5)設(shè)于坩禍托(4)的底部，其特征在于，上坩禍桿(5)為中空結(jié)構(gòu)，坩禍桿(5)的下端設(shè)有密封結(jié)構(gòu)，上坩禍桿(5)的中空腔形成密封腔，熱電偶(6)穿過密封結(jié)構(gòu)使熱電偶測量端(7)位于上坩禍桿(5)的密封腔內(nèi)的頂部;還設(shè)有中空的下坩禍桿(9)，下坩禍桿(9)的上端口與上坩禍桿(5)的下端口為可拆卸式緊固連接結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓單晶爐內(nèi)防止熱電偶被腐蝕或熔斷的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的可拆卸式緊固連接結(jié)構(gòu)為，上坩禍桿(5)的下端設(shè)有內(nèi)螺紋，下坩禍桿(9)的上端設(shè)有外螺紋，上坩禍桿(5)與下坩禍桿(9)螺紋緊固連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓單晶爐內(nèi)防止熱電偶被腐蝕或熔斷的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的密封結(jié)構(gòu)為:上坩禍桿(5)下端部設(shè)有內(nèi)螺紋段的孔徑大于上坩禍桿(5)上部穿有熱電偶(6)的中空腔的內(nèi)徑，使該內(nèi)螺紋段的頂部形成上限位臺肩，該上限位臺肩的下面設(shè)有碳纖維氈墊圈(8)，熱電偶(6)從所述碳纖維氈墊圈(8)中穿過，下坩禍桿(9)與上坩禍桿(5)螺紋旋緊時，碳纖維氈墊圈(8)被壓緊在上坩禍桿(5)與下坩禍桿(9)之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓單晶爐內(nèi)防止熱電偶被腐蝕或熔斷的結(jié)構(gòu)，其特征在于，可拆卸式緊固連接結(jié)構(gòu)還可為法蘭壓緊或卡接，密封結(jié)構(gòu)為:在下坩禍桿(9)的上端面與上坩禍桿(5)的下端面之間設(shè)有碳纖維氈墊圈(8)，熱電偶(6)從碳纖維氈墊圈(8)中穿過，下坩禍桿(9)與上坩禍桿(5)法蘭壓緊或卡接時，碳纖維氈墊圈(8)被壓緊在上坩禍桿(5)與下坩禍桿(9)之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓單晶爐內(nèi)防止熱電偶被腐蝕或熔斷的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述熱電偶(6)為帶有熱電偶保護管的熱電偶，熱電偶測量端(7)位于熱電偶保護管的外面。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高壓單晶爐內(nèi)防止熱電偶被腐蝕或熔斷的結(jié)構(gòu)，其特征在于，熱電偶保護管為兩路空腔陶瓷管。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓單晶爐內(nèi)防止熱電偶被腐蝕或熔斷的結(jié)構(gòu)，其特征在于，熱電偶測量端(7)為熱電偶絲焊接后的合金觸點。
【文檔編號】C30B35/00GK205529152SQ201620334756
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】姜劍, 孫聶楓, 孫同年, 王書杰, 史艷磊
【申請人】中國電子科技集團公司第十三研究所