[其他]一種耐高溫的溫梯法晶體生長裝置

無效

• 申請號: 85100534
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100534B
• 公開（公告）日: 1988-08-03
• 發明（設計）人: 周永宗
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C30B35/00
• 分類號: C30B35/00;C30B11/00;H05B3/42
• 代理公司: 中國科學院上海專利事務所
• 代理人: 張澤純

本發明屬于垂直溫度梯度冷凝結晶法的生長裝置。

美國陸軍材料和機械研究中心（USArmyMaterialsandMechanicsResearchCenter）的卡斯拉夫斯基等人（J.L.Caslavsky，D.Viechnicki）在晶體生長雜志第46卷第5期上發表了“采用熱交換法熔體生長Nd：YAG”一文（MeltGrowthOfNd³⁺，Y，Al，O₁₂（Nd：YAG）UsingtheHeatExchangeMethod（HEM），“J.Crys.Growth”，1979，46，№5601-606）提出了一種由鎢罩、石墨發熱體及水冷銅底座構成的實心熱交換器和平底坩堝，在坩堝底部中心放置籽晶的熱交換晶體生長裝置。他的優點是草除了空氣氦氣冷卻的熱交換器，石墨發熱體為“鳥籠式”-由完整的底環，劈開的上環及許多尖錐形的棒串接于上下兩環之間。據稱該種發熱體可在坩堝的12cm高度上產生10℃/Cm的向上的溫度梯度。但是這種裝置仍然存在缺陷：（1）鳥籠式石墨發熱體機械加工仍然復雜，爐內溫場設計不合適于生長又粗又長的優質晶體;（2）采用平底坩堝并在坩堝底部中心放置籽晶，在生長多組分配比的晶體時（例如生長Nd：YAG），當升溫化料過程中，控制籽晶過熔而不熔化或分解是相當困難的，而且平底坩堝中心放置籽晶，在晶體生長的初始階段便是向三維空間發展，容易形成孿晶，造成晶體易裂，故難于獲得又粗又長的優質晶體。

本發明的目的是為了克服上述缺點利用溫梯法生長晶體的優點，設計出一種改進的坩堝、發熱體和屏蔽裝置（見圖1）。

為了使結晶料充分熔解又保證籽晶不被熔化或分解，坩堝底部中心有籽晶槽尾部，為了阻止晶體生長時產生孿晶或多晶以及減少晶體開裂，坩堝底為錐形底，為了便于晶體的取出，坩堝的壁為園錐筒形。為了防止高達180mm的坩堝傾倒，坩堝尾部的籽晶槽置于坩堝定位棒的園形凹槽內，坩堝定位棒通過氧化鋯保溫環置于水冷坩堝桿上方的鉬座的中心凹槽內，氧化鋯保溫環下部的凸起置于鉬座的定位圈內。

為了在豎直方向創造高達20Cm的近于線性的溫梯熱場，發熱體為被上下槽割成矩形波狀的板條通電回路的園筒，整個園筒安裝在與水冷電極相連的電極板上。板條通電回路的上半部打孔，其孔可為園孔、方孔或三角孔等形狀。發熱體上半部的溫差通過所打孔的孔數和孔徑的安排來調節發熱體的電阻來實現，下半部的溫差通過與水冷電極相連的電極板的熱傳導來產生。籽晶槽的溫場還要依靠與水冷坩堝桿的熱傳導共同提供。

為了保證爐內熱場穩定，在發熱體及坩堝的上、下及四周設置了嚴密的保溫屏蔽裝置，屏蔽裝置包括下熱檔板，上熱檔板和側屏蔽筒。上熱擋板和側屏蔽筒要保證在高溫下不熔化和變形。

附圖說明：

圖一是耐高溫的溫梯法晶體生長裝置的剖視圖。

圖二是坩堝剖視圖。

圖三是石墨筒發熱體，其下圖為其頂視圖，上圖為A-A剖的平面展開圖。

圖四是緊固石墨發熱體的壓環剖視圖。

圖五是坩堝定位棒的剖視圖。

圖六是氧化鋯保溫環的剖視圖。

圖七是鉬座，下圖為頂視圖，上圖為剖視圖。

圖八是一對分立的電極板示意圖。

圖九側屏蔽筒底板示意圖，上圖為頂視圖，下圖為剖視圖。

本發明提供的一種溫梯法生長高溫晶體的裝置，如圖一所示。

坩堝（1）是軸對稱的，分為三部分，坩堝壁（1-3）、坩堝底（1-2）和籽晶槽（1-1），（見圖二），坩堝底是一倒園錐形，錐頂即坩堝底中心有一籽晶槽，坩堝壁也是倒園錐筒的一部分。坩堝底的錐度小于120°，最佳錐度為95°～110°。坩堝筒的錐度大于1∶100，最佳1∶30～1∶40。

坩堝通過籽晶槽置于鉬質的坩堝定位棒（2）的園形凹槽（2-1）（見圖五）內，以防坩堝的傾斜或歪倒。坩堝定位棒穿過氧化鋯保溫環（3）的中心孔（3-1）（見圖六）置于鉬座4的中心凹槽（4-1）（見圖六）內，氧化鋯保溫環下部的凸起（3-3）置于鉬座的定位圈（4-2）內。籽晶槽與坩堝定位棒的園形凹槽，坩堝定位棒與鉬座中心凹槽的尺寸配合為可拆卸的緊配合。鉬座下部有坩堝桿托槽（4-4）正好套在水冷坩堝桿（5）的頂部。坩堝定位棒通過鉬座與水冷坩堝桿構成具有一定熱傳導能力的通道。坩堝桿可升降以適當調節坩堝的位置。