一种边界条件可调的腔室及长晶炉的制作方法

本发明属于碳化硅材料长晶炉技术领域。

背景技术：

现有的碳化硅单晶体生长炉主要使用单扎或多股并联的电磁感应线圈作为加热元件，固定或整体轴向移动加热，导致热场温度单一，不能获得更多的温度梯度。

如，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明提供了一种边界条件可调的腔室及长晶炉，用于解决热场温度不可多梯度调整，灵活性差，不利于构建晶体生长的温度梯度的问题。

技术方案：为解决上述问题，本发明可采用以下技术方案：

一种边界条件可调的腔室，包括石英管、收容于石英管内部的坩埚、围绕石英管外围设置的电磁感应线圈、围绕石英管及电磁感应线圈外围设置的水冷罩；所述水冷罩包括内层壳体、外层壳体、夹层若干水冷环；所述水冷环在水冷罩中自上而下层层上升的设置并分为若干组，每组水冷环中的水流量可调；所述内层壳体、外层壳体均以隔离电磁辐射的材料制成。

进一步的，电磁感应线圈是单扎或多股并联，作为加热元件整体上下移动加热。

进一步的，所述若干水冷环分为上水冷环组、中水冷环组、下水冷环组；上水冷环组位于中水冷环组上方；下水冷环组位于中水冷环组下方；所述上水冷环组中的水流量、中水冷环组中的水流量、下水冷环组中的水流量均独立控制。

进一步的，所述水冷环为环形的铜管。

进一步的，上水冷环组、中水冷环组、下水冷环组均具有独立的进水口及出水口。

进一步的，所述内层壳体及外层壳体的材料为电磁波屏蔽材料和/或电磁波吸收材料，所述电磁波屏蔽材料包括导电涂料、金属覆层屏蔽材料、本征型导电高分子材料、填充复合型屏蔽材料中的一种或者几种；电磁波吸收材料包括磁性吸波材料、碳基吸波材料、纳米吸波材料、手性吸波材料、导电高分子吸波材料、等离子体吸波材料中的一种或者几种。

进一步的，所述石英管为单层石英管。

进一步的，还设有围绕水冷罩外围的机架。该机架上方设有风机。

有益效果：相对于现有技术，本发明提供的腔室采用若干组水冷环对石英管进行边界条件调节，水冷罩能够有效的隔离电磁线圈产生的电磁辐射，并通过调节水冷环中冷却水的流量调整对应的热场温度，构建适合晶体生长的多段温度梯度，从而提高晶体良率，同时也便于长晶工艺的定型。采用单层石英管，减小热场直径，从而减小感应线圈直径，线圈离中心更近更容易获得所需温度，降低能耗，并且降低长晶成本。采用单层石英管，取消了双层石英管对同轴度的加工要求，加工更容易。且单层更省材料，大大降低了制造成本更降低了整个设备成本。

作为本发明的一种改进，水冷环的组数不仅限于上中下三种，可以是若干组。

本发明同时公开一种长晶炉，具有上述的腔室的热场。

附图说明

图1是本发明边界条件可调的腔室的结构图。

具体实施方式

请结合图1所示，为本发明提供的一种边界条件可调的腔室，包括石英管1、收容于石英管1内部的坩埚2、围绕石英管1外围设置的电磁感应线圈3、围绕石英管1及线圈3外围设置的水冷罩4、围绕水冷罩4外围的机架11。该机架11上方设有风机12。所述水冷罩4包括内层壳体5、外层壳体6、若干水冷环7。所述水冷环7夹于内层壳体5与外层壳体6之间，且水冷环7在水冷罩4中自上而下层层上升的设置。每层水冷环7中的水流量可调。而在本实施方式中，所述若干水冷环分为上水冷环组8、中水冷环组9、下水冷环组10。上水冷环组8位于中水冷环组9上方；下水冷环组10位于中水冷环组9下方。所述上水冷环组8中的水流量、中水冷环组9中的水流量、下水冷环组10中的水流量均独立控制；独立控制具体的方式为，上水冷环组8、中水冷环组9、下水冷环组10均具有独立的进水口及出水口(未图示)，通过调整进水口流量、出水口流量进行各个水冷环组的独立控制。且所述上水冷环组8、中水冷环组9、下水冷环组10相互不连通。

所述内层壳体5、外层壳体6均以隔离电磁辐射的材料制成。同时，所述水冷环7为环形的铜管。内层壳体5、外层壳体6能够有效的隔离电磁线圈产生的电磁辐射，双层结构中间铜管水冷的结构可以均匀降低辐射温度，具有比水冷更好的温度均匀性，为晶体生产提供良好的环境。同时，在机架11上装有计算过功率大小的风机12，还可以进一步通过风机12将热场产生的多余热量带走。所述内层壳体5及外层壳体6的材料为电磁波屏蔽材料和/或电磁波吸收材料，所述电磁波屏蔽材料包括导电涂料、金属覆层屏蔽材料、本征型导电高分子材料、填充复合型屏蔽材料中的一种或者几种；电磁波吸收材料包括磁性吸波材料、碳基吸波材料、纳米吸波材料、手性吸波材料、导电高分子吸波材料、等离子体吸波材料中的一种或者几种。

石英管1是单层结构，石英管1采用单层石英管，能够减小热场直径，从而减小电磁感应线圈3直径，电磁感应线圈3离中心更近更容易获得所需温度，降低能耗，并且降低长晶成本。径向外围是电磁感应线圈3，电磁感应线圈3是单扎或多股并联，作为加热元件整体上下移动加热。在本实施方式中电磁感应线圈3采用的升降系统可采用现有技术中惯用的升降装置，如丝杆升降装置、涡轮蜗杆升降装置等。在本实施方式中，一个优选的升降系统是，在电磁感应线圈3外侧设置升降杆(未图示)，升降杆与电磁感应线圈3固定，升降杆通过气动或者液压动力升降。

上述的一种边界条件可调的腔室应用于长晶炉中。故本发明提供的另一个实施例为包括上述实施例边界条件可调的腔室的长晶炉。

本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

技术特征：

1.一种边界条件可调的腔室，其特征在于，包括石英管、收容于石英管内部的坩埚、围绕石英管外围设置的电磁感应线圈、围绕石英管及电磁感应线圈外围设置的水冷罩；

所述水冷罩包括内层壳体、外层壳体、夹层若干水冷环；所述水冷环在水冷罩中自上而下层层上升的设置并分为若干组，每组水冷环中的水流量可调；所述内层壳体、外层壳体均以隔离电磁辐射的材料制成。

2.根据权利要求1所述的边界条件可调的腔室，其特征在于，电磁感应线圈是单扎或多股并联，作为加热元件整体上下移动加热。

3.根据权利要求1或2所述的边界条件可调的腔室，其特征在于，所述若干水冷环分为上水冷环组、中水冷环组、下水冷环组；上水冷环组位于中水冷环组上方；下水冷环组位于中水冷环组下方；所述上水冷环组中的水流量、中水冷环组中的水流量、下水冷环组中的水流量均独立控制。

4.根据权利要求3所述的边界条件可调的腔室，其特征在于，所述水冷环为环形的铜管。

5.根据权利要求4所述的边界条件可调的腔室，其特征在于，上水冷环组、中水冷环组、下水冷环组均具有独立的进水口及出水口。

6.根据权利要求4所述的边界条件可调的腔室，其特征在于，所述内层壳体及外层壳体的材料为电磁波屏蔽材料和/或电磁波吸收材料，

所述电磁波屏蔽材料包括导电涂料、金属覆层屏蔽材料、本征型导电高分子材料、填充复合型屏蔽材料中的一种或者几种；

电磁波吸收材料包括磁性吸波材料、碳基吸波材料、纳米吸波材料、手性吸波材料、导电高分子吸波材料、等离子体吸波材料中的一种或者几种。

7.根据权利要求1所述的边界条件可调的腔室，其特征在于，所述石英管为单层石英管。

8.根据权利要求1所述的边界条件可调的腔室，其特征在于，还设有围绕水冷罩外围的机架。该机架上方设有风机。

9.一种长晶炉，其特征在于，具有如权利要求1至8中任一项所述的边界条件可调的腔室。

技术总结
本发明公开了一种边界条件可调的腔室，包括石英管、坩埚、围绕石英管外围设置的电磁感应线圈、围绕石英管及电磁感应线圈外围设置的水冷罩；所述水冷罩的内层壳体、外层壳体均以隔离电磁辐射的材料制成。本发明提供的腔室采用若干组水冷环对石英管进行边界条件调节，水冷罩能够有效的隔离电磁线圈产生的电磁辐射，并通过调节水冷环中冷却水的流量调整对应的热场温度，构建适合晶体生长的多段温度梯度，从而提高晶体良率，同时也便于长晶工艺的定型。本发明还提供了具有上述腔室的长晶炉。

技术研发人员：李辉;毛瑞川;杨茜
受保护的技术使用者：南京晶升能源设备有限公司
技术研发日：2020.09.22
技术公布日：2021.03.16