[实用新型]一种激光辅助加热生长晶体的装置

说明书

本实用新型提供了一种激光辅助加热生长晶体的装置，包括激光心部加热装置、氙灯表面加热装置、底座和真空腔体，其中：激光心部加热装置：激光聚焦镜头安装于镜头支架上，并通过光纤与激光器相连，上支撑杆固定于镜头支架下，上支撑杆与激光聚焦镜头之间设有透镜；送料棒悬挂于上支撑杆下端；籽晶棒位于送料棒的下方，并固定在下支撑杆上，送料棒与籽晶棒之间形成悬浮熔区；氙灯表面加热装置：氙灯固定装置位于镜头支架和底座之间，氙灯设置在椭球反光镜凹面一侧；真空腔体：上真空腔体、石英管和下真空腔体之间形成一个真空腔体。本实用新型通过结构和功能设计解决了大尺寸试棒晶体的生长难题，使其可生长直径达30mm的晶体，以利于实现工程化应用。

技术领域

本实用新型涉及晶体材料的制备装置，特别提供一种激光辅助加热生长晶体的装置。

背景技术

光学浮区炉是一种采用光加热的悬浮熔区定向凝固炉，具有无坩埚、高洁净、高温度梯度及生长速度快等特点；广泛应用于氧化物和TiAl等金属间化合物材料的晶体生长研究，特别是那些熔体反应强烈和高熔点的晶体材料。现在广泛应用的光学浮区炉均都采用2～4椭球反射镜聚焦氙灯加热，熔体主要靠表面张力维持形状，沿竖直方向生长，如日本CSC公司生产的型号为FZ-T-12000-X-VP-S的光学浮区炉，均布有4个氙灯，熔点可达3000℃，温度梯度约为200℃，生长速度可在0～180mm/h范围内精确调节，保护气氛可达99.9999％以上，是目前世界上最为先进的光学浮区炉之一。

然而，由于该类设备的加热方式为光加热，即氙灯光源经椭球反射镜聚焦后焦斑照射在试棒表面，然后通过热传导由表及里逐渐升温直至熔化。针对不同的材料，当试棒直径≤15mm时，试棒的中心能够熔化透彻并且内外能够搅拌均匀，悬浮熔区保持稳定，可顺利实现晶体生长；当试棒直径>15mm时，易导致试棒心部和表面加热不均匀的现象出现，试棒的中心开始出现熔化不透彻，悬浮熔区无法保持稳定和形状，晶体生长无法进行。对于尺寸相对较大的结构件而言，无法实现工程化应用。因此，无法生长大块晶体已成为光学浮区炉的主要缺陷。

实用新型内容

针对大尺寸试棒(直径>15mm)晶体生长过程中的加热不均匀、心部熔化不透彻及悬浮熔区不稳定等问题，本实用新型提供了一种激光辅助加热生长晶体的装置，在现有光学浮区炉的基础上，通过结构和功能设计，在悬浮熔区的中央部位引入精度高且可控性强的激光加热热源，形成表面氙灯加热和心部激光加热的复合加热方式，解决了大尺寸试棒晶体的生长难题，使其可生长直径≥30mm的晶体，以利于实现工程化应用。

本实用新型技术方案如下：

一种激光辅助加热生长晶体的装置，其特征在于：所述装置包括激光心部加热装置1、氙灯表面加热装置2、底座3和真空腔体4，其中：

激光心部加热装置1由激光聚焦镜头11、镜头支架12、上支撑杆13和光纤15组成；激光聚焦镜头11安装于镜头支架12上，并通过光纤15与激光器18相连；上支撑杆13为空心结构，通过法兰和密封套16固定于镜头支架12下端，上支撑杆13与激光聚焦镜头11之间设有透镜，使激光顺利通过的同时，又起到密封作用；

送料棒33为空心结构，悬挂于上支撑杆13下端；籽晶棒34位于送料棒33的下方，并固定在下支撑杆35上，下支撑杆35固定在底座3上，送料棒33与籽晶棒34之间形成悬浮熔区36；

氙灯表面加热装置2由氙灯21、椭球反光镜22和氙灯固定装置23组成，氙灯固定装置23位于镜头支架12和底座3之间，用于固定氙灯21和椭球反光镜22，氙灯21设置在椭球反光镜22凹面一侧，且正对送料棒33；