一种晶体生长的挥发物捕捉装置及晶体生长炉的制作方法

1.本实用新型涉及晶体生长设备领域，具体涉及一种使用流动气氛引导工艺的晶体生长的挥发物捕捉装置及安装该挥发物捕捉装置的晶体生长炉。


背景技术：

2.参见图1中的传统晶体生长炉，图中，a为置于坩埚中的晶体，b为炉壁，c为保温层，d为加热器，e为隔热屏，f为盖板，g为挥发物颗粒，h为籽晶杆。为了优化温晶体生长炉的温度梯度，一般会在坩埚上方安装结构简单的盖板f（或称后热器），以便炉膛内的温度线性叠加。
3.但是在晶体生长过程中，往往伴随着原料的蒸发（跟饱和蒸气压有关），以及温场的挥发（包括温场各结构自身以及温场材料中自带的杂质），原料中挥发出来的物质（包括原料及原料中的杂质）与坩埚、加热器d、隔热屏e（保温层）等温场结构挥发出来的各种杂质会混合在一起，这些挥发物混合在一起容易粘结在盖板f的下表面，由于气流扰动或者机械振动等因素，有些挥发物会掉落，导致杂质会重新进入坩埚熔体中，污染原料，影响晶体生长工艺，降低成品质量，这是晶体生长所不希望发生的。此外，挥发物还会大量粘结于炉壁b表面，某些情况下，例如，生长具有腐蚀性的晶体时，原料中挥发物对炉壁有一定的侵蚀作用，会减少炉壁的光洁度，使得后续清理维护变得更加困难。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种在晶体生长过程能够捕捉挥发物的捕捉装置，并且该装置还能够优化炉膛的温度梯度，从而改善晶体质量。
5.为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
6.一种晶体生长的挥发物捕捉装置，包括：安装到坩埚上方的捕捉器，通气装置；
7.所述捕捉器包括：设置籽晶杆孔和观察孔的外壳，安装到所述外壳内的多层吸附层；所述外壳的顶壁和底壁分别开设若干通气孔，所述通气孔中安装开启装置，在气流推动下所述开启装置能够向上开启；
8.炉膛下端通过进气管与所述通气装置连通，炉膛上端安装与外部空气连通的出气管，所述进气管和所述出气管上分别安装进气阀和出气阀。
9.进一步，所述外壳包括相互扣合的上壳和下壳，所述籽晶杆孔孔壁和所述观察孔孔壁以及所述外壳周向边缘处的所述上壳和所述下壳均设置相互嵌合的结构，所述上壳顶壁和所述下壳底壁分别开设所述通气孔。
10.进一步，所述外壳采用石墨制成。
11.进一步，所述通气孔上端面设置安装槽，所述安装槽内设置安装凸起；所述开启装置包括挡片，所述挡片一端铰接到所述安装凸起上，所述挡片边沿搭接到所述安装槽底壁上。
12.进一步，最下层所述吸附层与所述下壳底壁之间留有供所述挡片翻起的间隔。
13.进一步，所述挡片为石墨片。
14.进一步，所述进气阀与所述炉膛之间的所述进气管上还安装流量计。
15.进一步，所述吸附层为石墨碳毡。
16.本实用新型的晶体生长挥发物捕捉装置，通过通气装置、进气管和出气管向炉膛通以缓慢流动气氛，气流作用于开启装置，开启装置向上开启，使得挥发物随着气流通过通气孔进入捕捉器，捕捉器的多层吸附层用于捕获挥发物，将晶体生长过程中由原料产生的挥发物颗粒以及坩埚附近温场结构挥发出来的有害杂质捕捉收集于捕捉器中。开启装置使得已被捕获的挥发物或者蒸发的原料形成的颗粒无法再次掉落到坩埚中，净化了晶体生长环境，减少了炉膛内壁的挥发物附着。捕捉器的多层吸附层既可优化温度梯度，又可捕获挥发物。炉膛中缓慢流动的保护气氛可以引导挥发物进入捕捉器，同时增加了热传递效率，进一步优化温场。
17.本实用新型还提供了一种晶体生长炉，包括：上述挥发物捕捉装置，炉壁，紧贴炉壁底部安装的保温层，隔热屏，坩埚，安装到所述坩埚周围的加热器；所述捕捉器外沿与所述隔热屏上端面接触，所述隔热屏下端与所述保温层之间留有气流间隔。
18.本实用新型的晶体生长炉安装有本实用新型的挥发物捕捉装置，使该晶体生长炉能够有效捕捉晶体生长过程产生的挥发物颗粒，同时优化炉膛温度梯度；在隔热屏下端与保温层之间留有气流间隔，便于气流经过坩埚流向捕捉器，更好地实现挥发物的捕捉和温场的进一步优化。
附图说明
19.图1为现有技术中晶体生长炉的剖面结构示意图；
20.图2为本实用新型示例提供的晶体生长炉结构示意图；
21.图3为图2中捕捉器2的俯视示意图；
22.图4为图3的剖面结构示意图；
23.图5为图4的局部放大示意图；
24.图中：
25.1—坩埚；2—捕捉器；2-1—上壳；2-1-1—通气孔；2-1-2—安装槽；2-1-3—安装凸起；2-2—下壳；2-2-1—通气孔；2-3—吸附层；2-4—籽晶杆孔；2-5—观察孔；2-6—挡片；3—进气管；4—出气管；5—进气阀；6—出气阀；7—流量计；8—炉壁；9—保温层；10—隔热屏；11—加热器；12—挥发物颗粒。
具体实施方式
26.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的方案，下面结合本实用新型示例中的附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例仅仅是本实用新型的一部分示例，而不是全部的示例。基于本实用新型中的示例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施方式都应当属于本实用新型保护的范围。
27.本示例提供一种晶体生长的挥发物捕捉装置，具体是一种可拆卸式挥发物捕捉器的结构设计以及使用流动气氛引导挥发物被捕捉器捕获，改善了晶体生长工艺。
28.参见图2-5，本示例的挥发物捕捉装置，包括：安装到坩埚1上方的捕捉器2，通气装置；
29.捕捉器2包括：设置籽晶杆孔2-4和观察孔2-5的外壳，安装到外壳内的多层吸附层2-3；外壳的顶壁和底壁分别开设若干通气孔，通气孔中安装开启装置，在气流推动下开启装置能够向上开启；
30.炉膛下端通过进气管3与通气装置连通，炉膛上端安装与外部空气连通的出气管4，进气管3和出气管4上分别安装进气阀5和出气阀6。
31.本示例的晶体生长挥发物捕捉装置，通过通气装置、进气管3和出气管4向炉膛通以缓慢流动气氛，气流作用于开启装置，开启装置向上开启，使得挥发物随着气流通过通气孔进入捕捉器2，捕捉器2的多层吸附层2-3用于捕获挥发物，将晶体生长过程中由原料产生的挥发物颗粒12以及坩埚附近温场结构挥发出来的有害杂质捕捉收集于捕捉器2中。开启装置使得已被捕获的挥发物或者蒸发的原料形成的颗粒无法再次掉落到坩埚1中，净化了晶体生长环境，减少了炉膛内壁的挥发物附着。捕捉器2的多层吸附层2-3既可优化温度梯度，又可捕获挥发物。炉膛中缓慢流动的保护气氛可以引导挥发物进入捕捉器2，同时增加了热传递效率，进一步优化温场。
32.参见图3-4，外壳包括相互扣合的上壳2-1和下壳2-2，籽晶杆孔2-4孔壁和观察孔2-5孔壁以及外壳周向边缘处的上壳2-1和下壳2-2均设置相互嵌合的结构，上壳2-1顶壁和下壳2-2底壁分别开设通气孔2-1-1和通气孔2-2-1。上壳2-1和下壳2-2上的嵌合结构便于上壳2-1和下壳2-2拆装，便于吸附层2-3的清理和更换。
33.需要说明的是，在本示例中，通气孔2-1-1和通气孔2-2-1设置数量和位置相对应；在其他实施方式中，通气孔2-1-1和通气孔2-2-1设置数量和位置均可以不一致。
34.在本示例中，通气孔2-1-1和通气孔2-2-1的结构一致，参见图5，通气孔2-1-1上端面设置安装槽2-1-2，安装槽2-1-2内设置安装凸起2-1-3；开启装置包括挡片2-6，挡片2-6一端铰接到安装凸起2-1-3上，挡片2-6边沿搭接到安装槽2-1-1底壁上。挡片2-6在气流的作用下能够向上打开，以便气流通过通气孔2-2-1进入捕捉器2，经过多层吸附层2-3的吸附，捕捉挥发物颗粒12。
35.优选地，参见图4，为了便于气流通过通气孔2-2-1，最下层吸附层2-3与下壳2-2底壁之间留有供挡片2-6翻起的间隔。
36.以氟化物晶体生长为例，本示例中的外壳，即上壳2-1和下壳2-2，均采用石墨制成，吸附层2-3的材料可选用石墨碳毡，挡片2-6可以是石墨片。在生长其他晶体时，外壳、吸附层2-3及挡片2-6的材质可视生长晶体种类以及生长工艺而定。
37.本示例挥发物捕捉装置的进气阀5与炉膛之间的进气管3上还安装流量计7。流量计7用于调节通入炉膛的气体流量，调节要以气流不引起炉膛内湍流且对温度梯度影响不会过大为判断依据。
38.本示例的挥发物捕捉装置安装到晶体生长炉上时，将捕捉器2安装于坩埚1上部。升温至熔料功率或某一较高功率时依次打开进气阀5和出气阀6，最后打流量计7，通过流量计7调整气体流量。升温熔料过程中，炉膛内温度逐渐上升，温场各部件开始挥发杂质，坩埚内的原料在熔化过程中也会挥发出原料与杂质的混合蒸气，这些挥发物在流动气氛的引导下，向捕捉器2下壳2-2的下表面运动，挡片2-6自身较薄较轻，会在气流作用下向上打开，挥
发物通过通气孔2-2-1进入捕捉器2内部后遇冷会发生粘结，较大的颗粒留在吸附层2-3下部，细小的粉末被多层吸附层2-3吸附捕捉。除了在观察孔2-5和籽晶杆穿孔2-4有少量挥发物逃出外，绝大部分挥发物都会被捕捉收集在捕捉器2内部。气流通过捕捉器上壳2-1和通气孔2-1-1流出，气流最后通过出气管4排出炉膛。此外，合适的流动气体还能给晶体提供缺失的某些离子，优化温梯，从而进一步改善晶体质量。
39.参见图2，本示例还提供了一种晶体生长炉，包括：本示例的挥发物捕捉装置，炉壁8，紧贴炉壁底部安装的保温层9，隔热屏10，坩埚1，安装到坩埚周围的加热器11；捕捉器2外沿与隔热屏10上端面接触，隔热屏10下端与保温层9之间留有气流间隔。
40.本示例的晶体生长炉安装本示例的挥发物捕捉装置，使该晶体生长炉能够有效捕捉晶体生长过程产生的挥发物颗粒12，同时优化炉膛温度梯度；在隔热屏10下端与保温层9之间留有气流间隔，便于气流经过坩埚1流向捕捉器2，更好地实现挥发物的捕捉和温场的进一步优化。
41.最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。