一种用于制备磷化铟单晶的高压炉的制作方法

本实用新型涉及晶体生长技术领域，具体涉及一种使用垂直梯度凝固法制备磷化铟单晶的高压炉。

背景技术：

随着光纤通信、高速电子器件、高效太阳能电池以及激光二极管的快速发展，人们对大直径、高纯度的单晶体磷化铟(InP)的需求越来越迫切。单晶体InP尤其适合作为一种结构材料制造用于晶格匹配的光纤源与检测器、高速集成电路以及高频微波装置的衬底。

磷化铟单晶的生长方法主要包括LEC法和VGF法两种。LEC法，也称液封直拉法。这种方法设备成本较高，晶体应力较大，位错密度高，晶体生长工艺复杂，不利于生长高质量大尺寸的单晶。

目前应用较多的是VGF法，也称垂直梯度凝固法，该方法是将装有磷化铟多晶原料的热解氮化硼(PBN)坩埚封装在一个石英坩埚之中，然后垂直置于VGF炉中设定的相应温度梯度部位，石英坩埚中分布有红磷，待多晶原料全熔后，从下部一端缓慢结晶并延续到上部一端的晶体生长方法。该方法因为生长速度较慢，温度梯度很小，因此晶体所受应力较小，所以可以生长出位错密度相对较低的晶体材料。

现有采用VGF法制备磷化铟单晶的高压炉都为竖直固定的长柱形结构，装有磷化铟生长所需原料的坩埚需要通过吊装工具从高压炉的顶部垂直放入和取出，坩埚定位及高压炉顶部密封都非常不方便。同时由于在磷化铟单晶生长需要在高温高压下进行，在磷化铟单晶生长过程及生长完成后，都需要对高压炉的炉体表面进行降温，防止高温烫伤使用者。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本实用新型提供一种用于制备磷化铟单晶的高压炉，在实现耐高温高压、抗腐蚀性，热传导系数稳定，以保证磷化铟单晶的生成质量的同时，通过翻转机构实现炉体在竖直和水平之间进行切换，便于装炉和卸炉，减轻操作人员的工作量，从而提高生产效率。

为实现以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种用于制备磷化铟单晶的高压炉，包括支撑架、固定框架、炉体和炉膛，所述炉膛内设有加热单元，所述加热单元中设有坩埚固定座，所述炉体包括中空的壳体、上端盖和下端盖，所述上端盖和下端盖均通过密封圈与壳体气密连接以形成所述炉膛，所述固定框架包括压板、支承板、侧板、螺杆和螺母，所述压板位于炉体上、下两端，所述支承板套设在壳体上，所述侧板固定连接在支承板的两侧，所述螺杆贯穿压板和支承板，并通过螺母将炉体密封并固定在固定框架上，所述侧板和支撑架上端的侧壁之间设置有翻转机构，所述固定框架和支撑架通过翻转机构转动连接。

进一步地，为了对高压炉的炉体表面进行降温，防止高温烫伤使用者，所述壳体的外表面缠绕有空心铜管，所述空心铜管的两端能够与冷却系统连通。利用循环水实现炉体表面的降温。

进一步地，所述炉膛内还设有热保护单元，所述热保护单元位于加热单元和壳体之间。

进一步地，所述翻转机构还包括一设置在支撑架一侧的手轮。通过转动手轮，实现炉体的翻转。

进一步地，在磷化铟单晶生成完成后，由于存在高温和负压，为方便打开上端盖，在所述上端盖的顶面设有拉环。

进一步地，所述炉体为由不锈钢材料制成的炉体。

本实用新型的用于制备磷化铟单晶的高压炉，通过将不锈钢炉体固定在固定框架中，实现炉体的耐高温高压和抗腐蚀性；通过在炉体外壳上缠绕可通入冷却水的空心铜管，有效降低炉体表面温度，防止烫伤使用者；通过热保护单元，使热传导系数稳定；通过翻转机构实现炉体在竖直和水平之间进行切换，便于装炉和卸炉，减轻操作人员的工作量，提高生产效率。

附图说明

图1是本实用新型高压炉的结构示意图；

图2是本实用新型高压炉的主剖面视图；

附图标记说明：1-支撑架；2-固定框架；3-炉体；4-炉膛；5-加热单元；6-坩埚固定座；7-翻转机构；8-空心铜管；9-热保护单元；10-手轮；11-坩埚；21-压板；22-支承板；23-侧板；24-螺杆；25-螺母；31-壳体；32-上端盖；33-下端盖；34-密封圈；35-拉环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。

实施例：

请参照图1和图2所示，一种用于制备磷化铟单晶的高压炉，包括支撑架1、固定框架2、炉体3和炉膛4。所述支撑架1为由两片L形的支架组成，其下部用连接杆固定，其上部形成八字形的开口，用于安装固定框架(2)。

所述炉体3采用不锈钢材料制成，包括中空的壳体31、上端盖32和下端盖33，所述上端盖32和下端盖33均通过密封圈34与壳体31气密连接以形成所述炉膛4，所述炉膛4内设有加热单元5，所述加热单元5中设有坩埚固定座6，装有磷化铟生长所需原料的坩埚11可拆卸性安装在坩埚固定座6中，所述坩埚11包括密封的石英坩埚和位于石英坩埚内的热解氮化硼(PBN)坩埚，所述原料为籽晶、InP多晶、氧化硼和磷。所述炉膛4内还设有热保护单元9，所述热保护单元9位于加热单元5和壳体31之间，用于保证磷化铟单晶生长所需温度维持在设定值，同时防止过多的热量传递到炉体3上。

所述固定框架2包括压板21、支承板22、侧板23、螺杆24和螺母25，所述压板21的数量为两块，分别位于炉体3的上、下两端，其中部设有通孔，以使高压炉的各种管线能够通过，所述支承板22和侧板23的数量均为两块，其中支承板22套设在壳体31上，侧板23可通过固定螺丝固定在支承板22的两侧，形成一矩形的支承结构，所述螺杆24贯穿压板21和支承板22，其两端均设外螺纹，通过螺母25调整上下压板21的距离，将上端盖32、壳体31和下端盖33进行密封，最后通过固定螺丝将支撑板22固定在螺杆24的合适位置，即可完成炉体3和固定框架2的安装。

所述侧板23和支撑架1上端的侧壁之间设置有翻转机构7，所述固定框架2和支撑架1通过翻转机构7转动连接。翻转机构7可采用齿轮机构或其他现有技术，只要能够实现固定框架2和支撑架1之间的180°翻转即可，在此就不对其详细结构进行赘述。其中，翻转机构7可通过外部电机进行带动，也可人工操作，在本实施例中，是通过设置在支撑架1一侧的手轮10，通过旋转手轮10，带动固定框架2的翻转，从而实现炉体3的翻转。

进一步地，为了对炉体3表面进行降温，防止高温烫伤使用者，在所述壳体31的外表面缠绕空心铜管8，优选将空心铜管8无间隙缠绕在壳体31的外表面，再通过设置冷却系统，将空心铜管8的两端与冷却系统连通，利用循环水实现炉体3表面的降温。这种缠绕空心铜管8的冷却方式，相较于在壳体31内部设置散热通道更加灵活多变，且便于维护。

进一步地，在磷化铟单晶制备完成需要开炉时，旋转手轮10将炉体3翻转至水平位置，由于炉体3的高温以及炉膛4内部的压力，还是无法直接将上端盖32打开，此时就需要使用拉杆等工具，勾住上端盖32上的拉环35，即可轻松将上端盖32打开，取出炉膛4中的磷化铟单晶。

本实用新型的用于制备磷化铟单晶的高压炉，通过将不锈钢炉体3固定在固定框架2中，实现炉体3的耐高温高压和抗腐蚀性；通过在炉体3的壳体31缠绕可通入冷却水的空心铜管8，有效降低炉体3的表面温度，防止烫伤使用者；通过热保护单元9，使热传导系数稳定；通过翻转机构7能够实现炉体3在竖直和水平位置之间的切换，便于装炉和卸炉，减轻操作人员的工作量，提高生产效率。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的保护范围中。