[其他]单晶连续生长装置

说明书

本实用新型属于提拉法单晶生长的设备。

提拉法是单晶生长的一种重要方法，通常是一台单晶炉一次提拉一根。其方法为首先用一台拉晶炉完成加料、升温、拉晶、降温、出晶，再用一台退火炉完成装炉、升温、退火、降温、出晶。如果拉晶用的坩锅是铂质的，会因升温、降温过程花费时间，使其有效利用率低；另一方面又因退火炉的升温、降温过程而占用工时、消耗能源。

八十年代初，国外出现一种连续拉制KCL晶体技术。其思路是延长拉晶时间，增加晶体的长度，见V.T，Gorilfsky等J。Grysfal    Groufh    52（1981）509。其措施是在拉晶过程中不断馈送原料，保持恒液面，俗称等液面法。这种方法只增加了晶体的长度，晶体的生长过程仍然是用一台拉晶炉完成加料、升温、拉晶、降温、出晶，再用一台退火炉完成装炉、升温、退火、降温、出晶完成拉晶全过程。所以仍然存在坩锅利用率低，耗能高，耗工多等缺点。

本实用新型的目的在于设计一种可供单晶连续生长的装置及其技术以提高坩锅利用率节约投资，节省能耗，提高劳动生产率。

本实用新型的主要特点在于将拉晶与退火合为一体。即从原料的输入、升温、拉晶、退火、降温和晶体的输出连续循环进行，实现连续生长。

单晶连续生长装置是由拉晶炉（7）、退火炉（8）、晶体运输机械和温度控制装置所组成。拉晶炉（7）可以是双头的，即设置两个坩锅，也可以是多头的，即设置多个坩锅。退火炉是分区式的，整个装置可以是图2的结构，分为四个各区分别用温度控制装置控制其温度，使Ⅰ区处于拉晶温度，Ⅱ区处于退火温度，Ⅲ区从退火温度降至200℃至室温变化。在打开相邻两区之间的隔热堵头（11）时，两边的温度控制相同，以保证温度连续。退火区也可以设计为半隧道窖式，即在图2中去掉隔热堵头（11－1）、（11－2）、（11－3），使整个退火炉温度恒控制Ⅱ区为退火温度。Ⅳ区为室温，其中温度连续变化。各区的尺寸，可以根据所生长晶体的长度和数量而定。晶体的转移采用机械装置控制，并根据需要做到可止可行。

原料通过加料孔（14）加入到铂坩锅（12）中，进行晶体的生长，在晶体生长完毕以后，打开隔热堵头（11－1），使晶体进入Ⅱ区，置晶体于（13－3），（13－4）处，关闭隔热堵头（11－1），这时拉晶炉（7）内可连续加料，进行拉晶。晶体退火完毕后，打开隔热堵头（11－2），晶体进入Ⅲ区，置晶体于（13－5）、（13－6）处，使晶体降温。降温完毕后打开隔热堵头（11－3），使晶体进入Ⅳ区，置晶体于（13－7），（13－8）处，进行最后处理。处理完毕，打开隔热堵头（11－4），出晶。当晶体的Ⅱ区进入Ⅲ区时，由Ⅲ区进入Ⅳ区时，又有晶体从Ⅰ区进入Ⅱ区，由Ⅱ区进入Ⅲ区，依此类推，不断进行拉晶及热转移，晶体转移时是连同晶转装置（13－1）、（13－2）等一起沿晶体转移装置轨道上口，按图2（b）中的箭头方向移动。移动可以是手推的，也可以是电动拉引。上述过程实现了晶体一根接一根的连续生长。

本装置所用的温度控制系统为PID与程控仪，根据所生长晶体的要求进行调整，再进行自控。

晶体转移的位置由轨车在轨道上行驶，轨车下端联有晶转马达，这样轨车带动晶体平动。而晶体同时具有转动，当晶体经过各个温区时，隔热堵头先开后闭。

本实用新型与通常的单晶生长方法及设备相比，具有有效提高坩锅的利用率，可达100－115％，节约大量的投资和能耗，同时也提高劳动生产率约1～1.5倍。

图1是本实用新型的框图。图中（1）为原料的输入，（2）为拉晶，（3）为退火，（4）为降温，（5）为晶体输出，（6）为温度控制装置。

图2是本实用新型的结构图。图2（a）是本实用新型的俯视图，图2（b）是本实用新型的主视图。各部组成分别为：（7）拉晶炉，（8）退火炉，（9）降温炉，（10）候温炉，（11－1）、（11－2）、（13－3）、（11－4）隔热堵头，（12－1）、（12－2）铂坩锅，（13－1）～（13－8）晶体，（14－1）、（14－2）加料孔，（15－1）～（15－8）晶转马达，（16－1）～（16－8）轨车，（17）轨道，（18）支撑杆。