专利名称：一种生长单晶用籽晶杆及包括该籽晶杆的生长单晶设备的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及ー种单晶生长设备，特别涉及ー种从熔体中生长单晶用的籽晶杆。
背景技术：
由于许多晶体具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，因而被应用于军エ、窗ロ材料以及衬底材料等领域。例如，蓝宝石晶体因其強度高、硬度大、耐冲刷，并且可在接近2000°C高温的恶劣条件下工作，而被广泛应用。近年来，随着现代科学技术的发展，蓝宝石在国际市场上的需求量愈来愈大，同时对于其晶体质量及尺寸的要求也愈来愈高。目前，适合生长大尺寸、高质量蓝宝石晶体的生长技术主要有泡生法和热交换法。泡生法同提拉法相似，是在ー根受冷的(多采用水冷)籽晶杆上安装上籽晶，将其与熔体接 触，如果界面的温度低于凝固点，则沿籽晶晶向进行晶体生长。为了使晶体不断长大，就需要逐渐降低熔体的温度，同时旋转晶体，以改善熔体的温度分布，也可以缓慢的上提晶体，以扩大散热面，晶体在生长的过程中始终不与坩埚壁接触。泡生法的优点是在生长过程中，可以方便的观察晶体的生长情况；晶体在熔体的自由表面外生长，而不与坩埚相接触，这样能显著减少晶体的应カ并防止锅壁的寄生生长；可以较方便的使用定向籽晶和洗晶、缩颈エ艺，以得到较完整的籽晶和所需取向的晶体；生长界面处于熔体内部，固液界面的温场相对比较稳定。但是，泡生法同时存在以下缺点由于晶体的生长是通过控制加热器所形成的温度分布的温场来实现，很难做到精确控制，误差较大，而且存在时间上的滞后性；并且，由于引晶过程对操作人员的经验依赖性很大，不易实现引晶和晶体生长速度的控制。热交换法是将多晶原料放在坩埚中，坩埚的底部中心放置一个籽晶，热交換器顶端与坩埚底面中心接触，以氦气作为热交換介质。晶体生长过程中，需要在热交換器中通一定量氦气，以冷却籽晶，使籽晶不能被熔化，但是籽晶表面要与熔体相熔接。同时，保持加热器恒温。在温度稳定后开始增加氦气流量，从籽晶导走热量，固液界面向上移动，晶体在籽晶上生长。在晶体生长过程中加热器功率不变，只是到了最后阶段才适当的降低温度使固液界面以稳定的速度向上推移，直到熔体全部結晶。热交换法的最大优点是熔体中的温度梯度由加热器的功率控制，晶体中的温度梯度有热交換器内氦气流量控制，二者相互独立，使引晶过程变得简单，有利于温场和晶体生长速度的的精确控制。但是，热交換法同样存在以下缺点在引晶或生长的过程中不能够观察，晶体生长过程中其表面紧贴着坩埚壁，很容易出现异质形核，且应カ较大，易导致晶体开裂。
实用新型内容为了解决上述问题，本实用新型提供了一种用于生长单晶用籽晶杆，其包括管体，该管体有内管(7、9)及外管(8、10)构成，上述内管及外管之间隔开一定距离；安装在上述管体顶端的旋转接头12，该旋转头12上设有冷却气体入口 I及冷却气体出ロ 2 ;在上述旋转头12的下方的转动件13、称重传感器14及外围护套6 ;其中，该转动件13与连接在上述管体上的旋转驱动器5相互配合以实现籽晶杆的旋转；该外围护套6罩在上述外管8、10外侧，该外围护套6上分别设有冷却液入口 3及冷却液出ロ 4 ;上述管体的末端开设有卡槽11 ;并且，所述籽晶杆整体密封设置。通过上述籽晶杆能够满足籽晶杆的提拉、旋转和称重功能，并且使引晶过程可被观察；简化了引晶过程、可调节温度梯度和晶体生长速度，达到晶体生长过程可控。此外，有效地減少晶体应力和防止锅壁的异质形核，避免了晶体开裂，使晶体质量显著提高。该籽晶杆结构简单、使用方便、エ艺灵活，可有效缩短晶体生长周期，满足产业化需求。在本实用新型的一种实施方式中，采用氦气作为冷却气体。由于氦气化学性质稳定，具有较大的比热容和热导率，而且可以直接作用于高温段，对晶体生长过程的控制作用较强。
图I示出了本实用新型的籽晶杆的剖视图；·图2示出了与图I所示籽晶杆配合使用的钥片的示意图。
具体实施方式
以下结合附图1、2对于本实用新型的籽晶杆的ー种优选实施方式进行具体说明。如图I所示，该籽晶杆整体成圆柱形的管体，其包括通过螺纹连接后焊接在一起的不锈钢内管7与钨钥合金内管9 ;以及通过螺纹连接后焊接在一起的不锈钢外管8与钨钥合金外管10。不锈钢内管7与不锈钢外管8之间、钨钥合金的内管9与钨钥合金的外管10之间均
隔开一定距离设置。在上述管体的顶端设有安装在旋转接头12上的冷却气体入ロ I及冷却气体出ロ
2。冷却气体，通过入口 I进入管体，冷却籽晶，取走热量，进行晶体生长控制，换热后的冷却气体通过出ロ 2流出管体。上述旋转头12的下方依次设有转动件13及称重传感器14。该转动件13与连接在管体上的旋转电机5相互配合以实现籽晶杆的旋转功能，而且，能够依靠炉体上的传动装置保留籽晶杆的提拉功能。该称重传感器14，用于对晶体重量的监控。所述称重传感器14的下方设有罩在不锈钢外管8外侧的外围不锈钢水套6套，夕卜围不锈钢水套6通过磁流体密封。该外围不锈钢水套6套上分别设有冷却液入ロ 3及冷却液出口 4。循环冷却液通过入口 3进入外围不锈钢水套6内以降低籽晶杆上端温度，随后，循环冷却液通过出ロ 4流出籽晶杆。籽晶杆的末端开有ー卡槽11，以通过在其圆弧上开有凹槽的钥片15(见图2)和钨钥丝安装、固定籽晶。整个籽晶杆及所有焊接处均采用密封连接，不漏气、漏液，从而在保证较好密封效果的情况下实现籽晶杆的循环气、液冷却。并且，在籽晶杆加工好后，具有一定的承重能力。在本实用新型籽晶杆的优选方式中，以氦气做为冷却气体，以水作为冷却液体。通过对于氦气流量的精确调控，使氦气进入籽晶杆以冷却籽晶，通过进行热交换带走热量，实现晶体生长。同时，通过循环冷却水来冷却籽晶杆上部，以降低籽晶杆上端温度。下面，对于通过本实用新型籽晶杆进行晶体生长的方法进行说明。首先，在籽晶杆末端安装籽晶，采用高频加热或电阻加热以使原料熔化，同时控制熔体温度以保证籽晶不被熔化。以氦气作为热交换介质，将一定量的氦气通入籽晶杆，以冷却籽晶。在引晶时，保持熔体温度恒定，控制氦气流量，下降并旋转籽晶杆，使籽晶和熔体有很好的熔接界面。在温度稳定后开始逐渐增加氦气流量，从籽晶导走热量，晶体沿籽晶晶向生长。在晶体生长过程中，可由氦气流量变化结合加热器功率调节，控制晶体生长速度。 以上，參照图示的实施例对本实用新型进行了说明，但这只是例子而已，本领域技术人员清楚从此可进行各种变形以及均等的其它实施例。例如，虽然本实用新型实施方式仅示出了转动件13、称重传感器14及外围不锈钢水套6等部件沿籽晶杆纵向的特定设置顺序，但是，根据设计需要可以对于上述部件的顺序进行相应变换。因此，本发明的范围应由所附的权力要求范围以及与此均等的范围所确定。
权利要求1.一种用于生长单晶用籽晶杆，其特征在于，包括 管体，该管体有内管(7、9)及外管(8、10)构成，上述内管及外管之间隔开一定距离；安装在上述管体顶端的旋转接头(12)，该旋转头(12)上设有冷却气体入口(I)及冷却气体出口⑵； 设置在上述旋转头(12)下方的转动件(13)、称重传感器(14)及外围护套￠);其中，上述转动件(13)与连接在上述管体上的旋转驱动器(5)相互配合以实现籽晶杆的旋转；该外围护套(6)罩在上述外管(8、10)的外侧，并且其上分别设有冷却液入口(3)及冷却液出ロ⑷； 上述管体的末端开设有卡槽(11);并且， 所述籽晶杆整体密封设置。
2.根据权利要求I所述的用于生长单晶用籽晶杆，其特征在于 所述内管(7、9)由不锈钢内管(7)与钨钥合金内管(9)构成，和/或，所述外管(8、10)由不锈钢外管(8)与钨钥合金外管(10)构成。
3.根据权利要求2所述的用于生长单晶用籽晶杆，其特征在于 所述不锈钢内管(7)与钨钥合金内管(9)通过螺纹连接后相互焊接，和/或，所述不锈钢外管(8)与钨钥合金外管(10)通过螺纹连接后相互焊接。
4.根据权利要求I所述的用于生长单晶用籽晶杆，其特征在于 上述冷却气体为氦气。
5.根据权利要求I所述的用于生长单晶用籽晶杆，其特征在于 上述冷却液为水。
6.一种用于生长单晶的设备，其包括如权利要求1-5中任意ー项所述的籽晶杆。
专利摘要本实用新型提供了一种用于生长单晶用籽晶杆，其包括管体，该管体有内管(7、9)及外管(8、10)构成，上述内管及外管之间隔开一定距离；安装在上述管体顶端的旋转接头(12)，该旋转头(12)上设有冷却气体入口(1)及冷却气体出口(2)；设置在上述旋转头(12)的下方的转动件(13)、称重传感器(14)及外围护套(6)；其中，该转动件(13)与连接在上述管体上的旋转驱动器(5)相互配合以实现籽晶杆的旋转；该外围护套(6)罩在上述外管(8、10)外侧，该外围护套(6)上分别设有冷却液入口(3)及冷却液出口(4)；上述管体的末端开设有卡槽(11)；并且，所述籽晶杆整体密封设置。
文档编号C30B15/32GK202530196SQ201220027870
公开日2012年11月14日 申请日期2012年1月21日 优先权日2012年1月21日
发明者郑伟 申请人:徐州协鑫光电科技有限公司