本实用新型涉及一种新材料制备技术领域，具体为一种锗单晶生长炉。
背景技术：
锗是稀有金属元素，在自然界中储量稀少且分布分散，由于锗所具有半导体特性，其应用基本在高科技领域，电子、光导纤维、红外光学、半导体材料等行业，由此而成为当今世界上非常重要的战略物资。目前全世界锗的年产量大约在200吨左右，我国是锗的主要生产国之一，总量在100吨左右，约占世界生产总量的50%。随着科学技术的发展，其用途不断扩展，现在广泛用于军事、航天、通讯、医药等各个领域，诸如电子工业、红外及红外光学、光导纤维、超导材料、光导材料、锗合金等各方面都需要锗。
近年来，锗衬底化合物半导体叠层电池因其高效率、高电压和高温特性好等优点，广泛应用于空间卫星太阳能电池、国防边远山区雷达站、微波通讯站。锗衬底生长Ⅲ-Ⅴ化合物薄膜太阳能电池可实用的最高转换效率为28%-32%。超低位错密度、低晶片残留应力、高平整度的锗单晶是研制卫星太阳能电池重要衬底材料。
要想获得如此高纯度的锗单晶，主要的制备技术是水平布里奇曼方法（HB）、直拉方法（CZ）、垂直梯度凝固法（VGF）等方法。
VGF法（垂直梯度凝固法）由于生长单晶时温度梯度较低，生长速率较小，目前已成为生长大直径、低位错密度晶体的主流技术之一。在VGF法生长晶体工艺过程中，锗单晶生长炉的设计需要充分考虑到温度控制、锗单晶炉内系统位置、温场与炉内系统衔接问题，国内尚无8英寸VGF锗晶体生长技术。
技术实现要素：
针对现有的锗单晶炉存在生产效率低下，炉内温度控制不精准的问题，本实用新型提出一种锗单晶生长炉。
本实用新型的锗单晶生长炉，垂直固定在底座上，其特征在于该生长炉采用圆柱形不锈钢炉体，炉体侧壁自下而上设置若干个加热电极，沿炉体内侧设置环形的保温材料；沿炉体中轴底部设置支撑系统，支撑系统上架设石英异型管，石英异型管内自下而上依次设置下层坩埚、中环、上层坩埚以及封帽，石英异型管上方覆盖石英棉。
所述的石英异型管底部封闭，下部为漏斗形，上部为筒形，顶部开口；下层坩埚和上层坩埚均为漏斗形，底部设置细管；中环由石英外环、石英斜面和石英横杆组成，石英斜面放置于石英外环内，石英斜面上设置石英横杆，石英横杆支撑在石英异型管内壁用于固定。
所述的支撑系统采用不同口径的圆柱形石英环同心放置，石英环间填充石英棉，石英异型管的漏斗形以及下层坩埚底部的细管位于支撑系统内，使石英异型管摆放稳固，更有利于温度控制，把控细管内的籽晶状态。
所述的加热电极设置七个，加热电极将炉体分隔为六个温区，在各个温区分别设置用于监测温度的热电偶；支撑系统位于第一温区至第三温区，下层坩埚位于第三温区至第四温区，上层坩埚位于第四温区至第五温区。
所述的加热电极距炉底的高度分别为15-30cm、25-40cm、40-60cm、65-85cm、80-100cm、90-110cm以及95-115cm；所述的支撑系统距炉底高度为45-80cm，下层坩埚及上层坩埚长度为16-26cm。
使用时，将锗籽晶置于下层坩埚底部的细管内，然后分别在上层坩埚及下层坩埚内放入区熔锗锭，同时加入其他掺杂物如高纯镓、三氧化二硼，然后将石英封帽盖在石英管顶部，然后对石英异型管进行抽真空，达到合适的真空后，再对石英异型管进行加热、恒温以及冷却等过程，区熔锗锭熔化后由上层坩埚流入下层坩埚内完成单晶生长。本实用新型采用的石英异型管在锗单晶生长完成后退火降温，将石英异型管取出敲碎，得到锗晶锭，石英斜面和石英横杆可以取出重复利用。
温度是VGF法锗单晶生长中最重要变量，直接影响锗单晶生长的质量。本实用新型的锗单晶生长炉，通过对炉体温区的设置，能够精准控制各个温区锗单晶生长过程中升温熔料阶段、籽晶熔接阶段、晶体生长阶段和晶体冷却阶段的温度，可以形成8英寸锗单晶，打破了国外对我国8英寸锗单晶生长的技术封锁。
众所周知，现在国内VGF法锗单晶生长主要为4英寸和6英寸，8英寸生长工艺还属于空白领域，并且由于温场控制对晶体生长的影响，单晶的尺寸越大越难成晶。本发明设计的6个温区分布合理，并且6个温区与支撑系统、石英异型管、上下坩埚位置相互配套，能够精确控制籽晶熔接和晶体生长。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
其中，炉体1，加热电极2，支撑系统3，石英异型管4，热电偶5，下层坩埚4-1，中环4-2，上层坩埚4-3，封帽4-4。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的锗单晶生长炉进行说明。
实施例1：本实用新型的锗单晶生长炉，垂直固定在底座上，其特征在于该生长炉采用圆柱形不锈钢炉体1，炉体1侧壁自下而上设置若干个加热电极2，沿炉体1内侧设置环形的保温材料；沿炉体1中轴底部设置支撑系统3，支撑系统3上架设石英异型管4，石英异型管4内自下而上依次设置下层坩埚4-1、中环4-2、上层坩埚4-3以及封帽4-4，石英异型管4上方覆盖石英棉。
所述的石英异型管4底部封闭，下部为漏斗形，上部为筒形，顶部开口；下层坩埚4-1和上层坩埚4-3均为漏斗形，底部设置细管；中环4-2由石英外环、石英斜面和石英横杆组成，石英斜面放置于石英外环内，石英斜面上设置石英横杆，石英横杆支撑在石英异型管4内壁用于固定。
所述的支撑系统3采用不同口径的圆柱形石英环同心放置，石英环间填充石英棉，石英异型管4的漏斗形以及下层坩埚4-1底部的细管位于支撑系统3内，使石英异型管4摆放稳固，更有利于温度控制，把控细管内的籽晶状态。
所述的加热电极2设置七个，加热电极2将炉体1分隔为六个温区，在各个温区分别设置用于监测温度的热电偶5；支撑系统3位于第一温区至第三温区，下层坩埚4-1位于第三温区至第四温区，上层坩埚4-3位于第四温区至第五温区。
所述的加热电极2距炉底的高度分别为15cm、25cm、40cm、65cm、80cm、90cm以及95cm；所述的支撑系统3距炉底高度为45，下层坩埚4-1及上层坩埚4-3长度为26cm。
实施例2：本实用新型的锗单晶生长炉，垂直固定在底座上，其特征在于该生长炉采用圆柱形不锈钢炉体1，炉体1侧壁自下而上设置若干个加热电极2，沿炉体1内侧设置环形的保温材料；沿炉体1中轴底部设置支撑系统3，支撑系统3上架设石英异型管4，石英异型管4内自下而上依次设置下层坩埚4-1、中环4-2、上层坩埚4-3以及封帽4-4，石英异型管4上方覆盖石英棉。
所述的石英异型管4底部封闭，下部为漏斗形，上部为筒形，顶部开口；下层坩埚4-1和上层坩埚4-3均为漏斗形，底部设置细管；中环4-2由石英外环、石英斜面和石英横杆组成，石英斜面放置于石英外环内，石英斜面上设置石英横杆，石英横杆支撑在石英异型管4内壁用于固定。
所述的支撑系统3采用不同口径的圆柱形石英环同心放置，石英环间填充石英棉，石英异型管4的漏斗形以及下层坩埚4-1底部的细管位于支撑系统3内，使石英异型管4摆放稳固，更有利于温度控制，把控细管内的籽晶状态。
所述的加热电极2设置七个，加热电极2将炉体1分隔为六个温区，在各个温区分别设置用于监测温度的热电偶5；支撑系统3位于第一温区至第三温区，下层坩埚4-1位于第三温区至第四温区，上层坩埚4-3位于第四温区至第五温区。
所述的加热电极2距炉底的高度分别为30cm、40cm、60cm、85cm、80-100cm、110cm以及115cm；所述的支撑系统3距炉底高度为80cm，下层坩埚4-1及上层坩埚4-3长度为16cm。