專利名稱：一種雙控溫晶體生長爐的制作方法
技術領域：
一種雙控溫晶體生長爐，涉及晶體生長技術領域，尤其是涉及采用熔鹽法來生長晶體的一種生長爐用裝置。
一種雙控溫晶體生長爐，熔鹽法(助熔劑法)是人工晶體生長中普遍應用的一種生長方法。它通常采用將所需生長晶體的組成物質熔于一合適的助熔劑中，通過緩慢降溫來得到所需的晶體。在熔鹽法生長晶體的過程中，溫度控制和溫場控制是最重要的因素，降溫速率的快慢和溫度控制的精度以及溫場控制精度的確定，對晶體生長尤為重要。
目前，在熔鹽法生長晶體裝置中，普遍采用單控溫的生長爐。盡管單控溫生長爐有制作簡單、使用方便等優點，但它也存在使用范圍窄、控溫難和難于控制溫度梯度等缺點，其只能用于頂部籽晶法(即籽晶下到熔體表面上)生長晶體中，在一些特殊生長方法(如中部籽晶法)中難于應用。
一種雙控溫晶體生長爐，設計本實用新型的目的是將單控溫裝置改為兩段控溫，采用兩個獨立的控溫儀來分別控制兩個加熱元件，通過控制兩個加熱器的加熱速率、降溫速率和恒溫溫度，來獲得合適的爐膛溫場和溫度梯度。另外，還可以調節底座的高度，使坩鍋處于一個合適的位置，使晶體生長在所需的溫度區間和合適的溫度梯度內進行，保證所生長的晶體質量和尺寸。
本實用新型的具體結構由附圖
給出，其構造特征是整個雙控溫晶體生長爐由加熱系統(2)和(4)組成，兩個加熱器由兩個獨立的控溫儀控制溫度，加熱器的加熱材料都可同時采用鎳-鉻絲或硅碳棒，或一個為鎳-鉻絲，一個為硅碳棒，加熱器的高度可根據需要采用一樣或不同的數值；兩個加熱器中間由氧化鋁泡沫磚或其它耐火保溫材料組成的隔熱層(3)隔開，以盡量減少兩個加熱系統之間的相互影響，隔熱層的高度可根據需要，在2cm至20cm之間調節；爐膛底部可根據實驗需要放置不同高度的氧化鋁泡沫磚或其它耐火材料墊塊(5)，其高度可根據晶體生長需要，在高于加熱器(4)的上部5cm至低于上部3cm之間調節，坩堝則放置在墊塊(5)上；(1)為晶體轉動裝置，其轉速可根據實驗需要加以調節；(6)和(7)為兩個加熱系統的熱電偶位置，熱電偶可使用鉑—鉑銠或雙鉑銠熱電偶。整個爐子內部其它部位由氧化鋁泡沫磚或其它耐火材料填充滿，以保證爐子的熱場穩定，爐子的外殼可用不銹鋼或硬鋁板等材料制成，其外型可為方塊狀或為圓柱狀，尺寸可根據生長需要確定。
我們測定了該雙控溫晶體生長爐的爐內溫場，結果表明在爐膛尺寸一樣的情況下，雙控溫晶體生長爐的恒溫區比單控溫爐多了3～5cm，而且其整個爐膛的溫度梯度可根據實驗需要進行調節，其溫度梯度的分布往往呈兩頭高、中間低的態勢，其溫差可在2～20℃之間調節。而單控溫爐的溫度梯度往往呈兩頭低中間高的趨勢，其上下溫差往往在5℃左右。經過我們實驗室一年多的使用，證明了該雙控溫晶體生長爐的使用效果較為理想。由于該雙控溫晶體生長爐結構簡單、易于操作、使用效果理想，因而采用本發明后，使晶體生產過程中晶體的生長溫度和溫度梯度更加容易控制，所生長晶體的質量有所提高，晶體尺寸變厚，并且該雙控溫晶體生長爐還可應用于一些特殊晶體的生長中。
一種雙控溫晶體生長爐，附圖即是本實用新型的結構示意圖，其中(1)是晶體轉動裝置、(2)是上加熱器、(3)是加熱器隔離層、(4)是下加熱器、(5)是坩鍋墊座、(6)是下加熱器熱電偶、(7)是上加熱器熱電偶。
一種雙控溫晶體生長爐，下面給出一個優選的實施方案我們將雙控溫晶體生長爐應用于熔鹽法生長新型自倍頻激光晶體摻釹的硼酸釓鋁(NGAB)的實驗中，坩鍋墊座為15cm高的氧化鋁泡沫磚，兩個加熱器材料均采用鎳—鉻電阻絲，加熱器的高度均為12cm，中間的隔離帶為6cm，熱電偶分別位于兩個加熱器的中間位置。按照附圖所示放置坩鍋，在K2MoO4助熔劑中，采用中部籽晶法(即籽晶下到熔體的中部，晶體在籽晶的兩頭同時生長)進行生長實驗，上部控溫溫度為從1085→1003℃，降溫速率為2℃/天；下部控溫溫度為從1082→1000℃，降溫速率為2℃/天(經檢測，此時爐膛中部位置的溫度較兩端低10℃)。歷時41天，實驗結束后，得到了30×32×25mm3的透明的NGAB晶體。而用單控溫的生長爐，采用頂部籽晶法，按相同條件進行生長實驗時，得到的是25×28×21mm3的NGAB晶體。
權利要求1.一種雙控溫晶體生長爐，其特征在于該生長爐由晶體轉動裝置(1)、加熱器(2)、隔熱層(3)、加熱器(4)、底座(5)、下加熱器熱電偶(6)和上加熱器熱電偶(7)組成，通過控制加熱器(2)和(4)的不同升降溫速率，來獲得不同的生長溫度區間，使適合于多種晶體生長條件的需要。
2.如權利要求1所述的雙控溫晶體生長爐，其特征在于所述的加熱器(2)和(4)是由兩個獨立的控溫儀來控制溫度的，兩個加熱器的加熱材料都可同時采用鎳-鉻絲或硅碳棒，或一個為鎳-鉻絲，一個為硅碳棒，加熱器的高度可根據需要采用一樣或不同的數值。
3.如權利要求1所述的雙控溫晶體生長爐，其特征在于所述的隔熱層(3)由氧化鋁泡沫磚或其他耐火保溫材料組成，其高度可根據晶體生長需要，在2cm至20cm之間調節。
4.如權利要求1所述的雙控溫晶體生長爐，其特征在于所述的底座(5)由氧化鋁泡沫磚或其他耐火保溫材料組成，其高度可根據晶體生長需要，在高于加熱器(4)的上部5cm至低于上部3cm之間調節。
5.如權利要求1所述的雙控溫晶體生長爐，其特征在于該晶體生長爐的外殼是用不銹鋼或硬鋁板制成，其外部形狀可為方塊狀或為圓柱狀，尺寸可根據生長需要而確定。
專利摘要一種雙控溫晶體生長爐用于熔鹽法生長晶體技術中，用來精確控制晶體生長溫度，使晶體能在特定的溫度區間和溫度梯度內良好生長。這種晶體生長爐由上下兩個不同的加熱系統組成，兩個加熱系統的發熱體均可采用鎳－鉻絲或硅碳棒，兩個加熱系統之間由耐火保溫材料隔開，其溫度分別由兩個獨立的溫度控制儀控制。在晶體生長中，可根據需要調節兩個控溫儀的控溫速率，使晶體生長在所需的溫度和合適的溫度梯度內進行。該雙控溫晶體生長爐結構簡單，設計合理，易于操作，適應多種生長條件，控溫效果理想。
文檔編號C30B9/00GK2559657SQ0225195
公開日2003年7月9日 申請日期2002年8月27日 優先權日2002年8月27日
發明者王國富, 林州斌, 胡祖樹 申請人:中國科學院福建物質結構研究所