一种简易单晶炉及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种简易单晶炉及其控制方法，简易单晶炉包括立式管式炉和运动控制系统，立式管式炉包括加热部件、石英锥管、石英托、真空泵；石英托设置有容纳石英锥管的孔，石英锥管穿插在石英托设置的孔上，真空泵通过与炉管的一端法兰相连，另一端法兰与其他保护气体相连(如氩气、氮气)，使炉管内部环境保持惰性环境(必要时)，也保持石英锥管外部环境为其惰性环境(必要时)。本发明提供的简易单晶炉制作成本低，占地面积少，操作简单；本发明的单晶生长原理是布立基曼法，通过本发明所述简易单晶炉已生产出多种大块单晶，其效果等效甚至优于专业单晶炉的生长效果。
【专利说明】
一种简易单晶炉及其控制方法
技术领域
[0001]本发明属于单晶生长技术领域，尤其涉及一种简易单晶炉及其控制方法。
【背景技术】
[0002]目前市场上的单晶炉价格昂贵，设备复杂，尤其是不适合实验室对大块单晶的开发。
[0003]目前市场上的生长块体单晶的单晶炉多为向上提拉法，并且大块单晶体生长前需要使用晶种引晶，操作上较为复杂，并且设备价格大都在百万元以上。本单晶炉利用坩祸下降法生长单晶，无需晶种，自动形成晶种，生长过程无需任何人工操作，操作简单，价格便宜，是一种极其适合于实验室对大块单晶体进行开发研究的设备。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种简易单晶炉及其控制方法，旨在解决目前市场上的单晶炉价格昂贵，设备复杂，尤其是不适合实验室对大块单晶进行开发的问题。
[0005]本发明是这样实现的，一种简易单晶炉，所述的简易单晶炉包括立式管式炉和运动控制系统，所述立式管式炉包括立柱板、炉膛、炉管、石英锥管、石英托、吊绳、加热部件、
真空栗；
[0006]所述炉膛固定在立柱板上，所述加热部件安装于炉膛内，炉管通过固定装置定位在炉膛中央且与炉膛相互分离，石英托均通过吊绳吊在炉管内，石英托设置有容纳石英锥管的孔，石英锥管插在石英托的孔上;所述真空栗一端与炉管相连并且另一端与外部保护气体装置相连;所述外部保护气体装置盛有氩气或氮气等保护气体；
[0007]所述运动控制系统包括电机、电机电源、导轨、运动控制器、驱动器;所述驱动器、电机电源、电机均与运动控制器连接。
[0008]进一步，所述导轨设置有滑台和滑台支架，所述滑台支架安装在滑台上。
[0009]进一步，直径5?500mm的石英托上还设置有1-12个穿线孔。
[0010]进一步，长20?500mm、直径I?10mm的石英锥管外部设置有石英挂耳，所述石英锥管设置有石英锥管管口、石英锥管管体、石英锥管锥体;所述石英挂耳位于石英锥管上半段位置，石英锥管椎体的高设置为相对于石英锥管总长的1/20?1/2。
[0011 ]进一步，石英挂耳设置在石英锥管和石英托上的孔之间。
[0012]本发明另一目的在于提供一种简易单晶炉的控制方法，该简易单晶炉的控制方法包括以下步骤:
[0013]将所需原料密封于石英锥管中，置于炉管中并将炉管内部换成无氧气氛(必要时)，
[0014]对生长单晶的温度和运动控制系统控制的移动状态进行设定后对原料进行熔融并使单晶生长。
[0015]进一步，所述在原料充分混合之前，控制系统设置为静止状态，在原料充分混合后，控制系统设置为移动状态，所述移动状态包括移动的长度和移动的速度。
[0016]进一步，所述简易单晶炉的控制方法具体步骤为:
[0017]炉膛控温:先将炉膛内部温度升至高于样品熔点I?300摄氏度，然后将温度恒定在该温度下，直到单晶生长结束；
[0018]运动控制系统控制:在炉体升温时，运动控制器将电机控制为等待状态，当炉体温度恒定于样品熔点以上I?300摄氏度中间某一温度时，运动控制器将电机控制为工作状态，使导轨上的载物台带着悬挂的炉管向下缓慢移动，移动速率为0.lmm/h?100mm/h，直到下降到导轨的最低位置。
[0019]本发明提供的简易单晶炉是利用布立基曼法(Bri dgeman method)基本原理将现有的大规模使用的立式管式炉和常用的运动控制系统结合改装而成的，其基本结构简单，制作成本十分低廉，尺寸小，占地面积少，节约空间资源，重量轻，可移动性好。
[°02°] 本发明简易单晶炉的生长单晶基本原理是布立基曼法(Br i dgeman method)目前已经在本实验室长出多种大块单晶，其效果甚至比专业的此类单晶炉的效果好。
【附图说明】
[0021]图1是本发明提供的简易单晶炉结构示意图；
[0022]图中:1、立柱板;2、炉膛;3、炉管;4、石英锥管；5、石英托;6、吊绳;7、加热部件;8、真空栗;9、电机;10、导轨；11、运动控制器;12、驱动器;13、电机电源。
[0023]图2是本发明提供的简易单晶炉控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025]下面结合附图对本发明的应用原理作进一步描述。
[0026]如图1所示:一种简易单晶炉，包括立式管式炉和运动控制系统，所述立式管式炉包括立柱板1、炉膛2、炉管3、石英锥管4、石英托5、吊绳6、加热部件7、真空栗8;
[0027]所述炉膛2固定在立柱板中部，所述加热部件7均安装在炉膛内壁上，炉管3通过固定装置固定在炉膛中央并悬空，石英锥管4、石英托5由吊绳6悬挂在炉管内，所述石英托设置有容纳石英锥管的孔，石英锥管穿插在石英托设置的孔上，所述真空栗8—端与炉管相连并且另一端与外部保护气体装置相连;所述外部保护气体装置盛有氩气或氮气保护气体；
[0028]所述运动控制系统包括电机9、导轨10、运动控制器11、驱动器12、电机电源13。
[0029]所述驱动器12、电机电源13、电机9均与运动控制器11连接。
[0030]所述导轨10设置有滑台和滑台支架，所述滑台支架安装在滑台上。
[0031 ] 直径5?500mm的石英托上还设置有1-12个穿线孔。
[0032]长20?500mm、直径I?10mm的石英锥管外部设置有石英挂耳，所述石英锥管设置有石英锥管管口、石英锥管管体、石英锥管锥体;所述石英挂耳位于石英锥管上半段位置，石英锥管椎体的高设置为相对于石英锥管总长的1/20?1/2。
[0033]石英挂耳设置在石英锥管4和石英托5上的孔之间。
[0034]如图2所示:一种简易单晶炉的控制方法，该简易单晶炉的控制方法包括以下步骤:
[0035]SlOl:将所需原料密封于石英锥管中，置于炉管中并将炉管内部变为无氧气氛；
[0036]S102:对生长单晶的温度和运动控制系统控制的移动状态进行设定后对原料进行熔融并使单晶生长。
[0037]所述在原料充分混合之前，控制系统设置为静止状态，在原料充分混合后，控制系统设置为移动状态，所述移动状态包括移动的长度和移动的速度。
[0038]所述简易单晶炉的控制方法具体步骤为:
[0039]炉膛控温:先将炉膛内部温度升至高于样品熔点I?300度，然后将温度恒定在该温度下，直到单晶生长结束；
[0040]运动控制系统控制:在炉体升温时，运动控制器将电机控制为等待状态，当炉体温度恒定于样品熔点以上I?300度中间某一温度时，运动控制器将电机控制为工作状态，使导轨上的载物台带着悬挂的炉管向下缓慢移动，移动速率为0.lmm/h?100mm/h，直到下降到导轨的最低位置。
[0041 ]本发明提供的简易单晶炉制作成本低，尺寸小，结构简单，占地面积少，节约空间。
[0042]本发明简易单晶炉的生长单晶基本原理是布立基曼法(Bridgemanmethod)。目前已经在本实验室长出多种大块单晶，一个生长出来的单晶实物图。其效果甚至比专业的此类单晶炉的效果好。
[0043]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种简易单晶炉，其特征在于，所述的简易单晶炉包括立式管式炉和运动控制系统，所述立式管式炉包括立柱板、炉膛、炉管、石英锥管、石英托、吊绳、加热部件、真空栗； 所述炉膛固定在立柱板上，所述加热部件安装于炉膛内，炉管通过固定装置定位在炉膛中央且与炉膛相互分离，石英托均通过吊绳吊在炉管内，石英托设置有容纳石英锥管的孔，石英锥管插在石英托的孔上;所述真空栗一端与炉管相连并且另一端与外部保护气体装置相连;所述外部保护气体装置盛有氩气或氮气保护气体； 所述运动控制系统包括电机、电机电源、导轨、运动控制器、驱动器;所述驱动器、电机电源、电机均与运动控制器连接。2.如权利要求1所述的简易单晶炉，其特征在于，所述导轨上设置有滑台与滑台支架，所述滑台支架安装在滑台上。3.如权利要求1所述的简易单晶炉，其特征在于，石英托上还设置有I?12个穿线孔。4.如权利要求1所述的简易单晶炉，其特征在于，所述石英锥管外部设置有石英挂耳，所述石英锥管设置有石英锥管管口、石英锥管管体、石英锥管锥体;所述石英挂耳位于石英锥管上半段位置，石英锥管椎体的高为石英锥管总长的1/20?1/2。5.如权利要求1所述的简易单晶炉，其特征在于，石英管置于石英托的孔内，并以石英挂耳挂于石英托上。6.—种如权利要求1所述的简易单晶炉的控制方法，其特征在于，该简易单晶炉的控制方法包括以下步骤: 将所需原料密封于石英锥管中，置于炉管中并将炉管内部变为无氧气氛； 对生长单晶的温度和运动控制系统控制的移动状态进行设定后对原料进行熔融。7.如权利要求6所述的简易单晶炉的控制方法，其特征在于，在原料充分混合之前，控制系统设置为静止状态，在原料充分混合后，控制系统设置为移动状态，所述移动状态包括移动的长度和移动的速度。8.如权利要求6所述的简易单晶炉的控制方法，其特征在于，所述简易单晶炉的控制方法具体为: 炉膛控温:先将炉膛内部温度升至高于样品熔点I摄氏度?300摄氏度，然后将温度恒定在该温度下，直到单晶生长结束； 运动控制系统控制:在炉体升温时，运动控制器将电机控制为等待状态，当炉体温度恒定于样品熔点以上I摄氏?300摄氏度中间一温度时，运动控制器将电机控制为工作状态，使导轨上的载物台带着悬挂的炉管向下缓慢移动，移动速率为0.1mm/h?100mm/h，直到下降到导轨的最低位置。
【文档编号】C30B11/00GK106011995SQ201610463538
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】周小元, 王国玉, 彭坤岭
【申请人】重庆大学