[发明专利]一种晶体生长制备系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体生长制备系统。

背景技术

激光晶体作为核心的固态激光材料，使全固态激光技术飞跃发展，从而实现在军事、医疗和通信等领域的广泛应用；闪烁晶体作为核心的辐射探测材料，使固态辐射探测技术迅速壮大，从而实现在核能安全、核辐射检测、核医学和高能物理等领域的广泛使用。性能优越的激光晶体和闪烁晶体由于本身结构及成分导致高熔点，因此，在提拉法生长单晶中，要求高性能保温和精确控温。随着电子技术的不断深入，国内自动化生长单晶已基本实现。无论是电阻加热还是中频加热，耗能和控温不稳已成为生长高温晶体的主要障碍：一方面，高能源消耗导致高成本，单晶产品价格高昂；另一方面，生长晶体时温度波动幅度大，控温不稳导致生长的晶体破裂，用于探温的热电偶易碎，影响晶体成品率，不仅成品率低下，而且重复生产浪费了更多的能源和材料。

现有中国专利公告号CN201713597U公开了一种晶体生长的保温装置，包括附着有锆毡的石英筒及锆筒的保温部分，锆筒中可放置坩埚，且石英筒与锆筒之间设有锆砂层；支撑保温装置的支撑部分，支撑部分包括支撑锆筒及支撑锆筒上的锆托盘；位于保温装置上方的锆屏蔽层；与保温部分相连通的观察孔。目前使用的保温探温系统主要存在的问题是：保温性能不高，重复使用率低，导致生存成本高。

发明内容

本发明提供了一种晶体生长制备系统，保温效果好，能制备出高质量、高成品率的高熔点晶体。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种晶体生长制备系统，包括石英筒、设置于石英筒内的保温罩以及设置于保温罩内部的坩埚，所述保温罩内在坩埚外围设有内层保温罩，所述石英筒底部与保温罩底部之间设有阻止热量向底部散失的圆盘。

由于生长高熔点晶体的温度在2000℃左右，整个系统的保温效果必须非常好。坩埚的发热量大，为了维持高温，石英筒底部与保温罩底部之间设置的圆盘由耐高温材料构成而且较厚，并且将圆盘平放在石英筒底部，这样能有效阻止热量向底部的散失；在保温罩内的坩埚外围设有内层保温罩，能有效阻止热量向四周的散失，二者结合阻止热量散失，大大提高了晶体生长制备系统的保温效果。

本发明针对当前提拉法制备高熔点单晶保温探温装置存在的缺陷，提供结构合理、节能的温控装置，该温控装置应用在自动化单晶炉，以制备高熔点激光晶体和闪烁晶体，可在生长高熔点单晶领域被广泛应用。该温控装置保温效果好、探温精确，解决了当前保温性能不高和探温不准的困难，提高了高温下生长晶体的成品率和晶体的质量。

可选地，所述保温罩与内层保温罩之间的间隔为5-15mm。由于整个保温系统要放在晶体炉的中频线圈内，目前市场上卖的单晶炉中频线圈内径大约在120-130mm，这样限制了二者的间隔不能太大，太大不能将晶体生长制备系统放进线圈内，故二者的间隔不超过15mm。这个间隔的作用是减少热量横向传输，因为间隔内的气体导热系数比保温罩导热系数小很多，这样就起到阻止热量横向散失的作用。如果间隔太小，阻止热量横向传递的效果降低，故二者的间隔不小于5mm。优选地，保温罩与内层保温罩之间的间隔为5mm。

在生长晶体时，单晶炉需要抽真空，该晶体生长制备系统放在炉体内，相当于真空，如果生长晶体充气时，间隔就填充了充进的气体。通常生长晶体时，都需要充保护气，防止坩埚发生氧化等损失。间隔可直接由空气或保护气填充，空气或保护气的导热系数小，在保温罩与内层保温罩之间填充空气或保护气，能进一步有效阻止热量的横向损失。其中，空气或保护气的选择，取决于生长晶体所需的条件，由晶体生长时单晶炉内所充气体决定，不充保护气时则为空气氛围。

其中，保温罩罩在内层保温罩外面，二者中间间隔5mm，无需密封。

优选地，所述保温罩为圆柱状保温罩。圆柱状内部为漫反射、漫反射镜反射混合分布，故圆柱状保温罩内的热辐射方向分布更有助于保温罩提高保温效果。内层保温罩亦为圆柱筒，其直径比外层保温罩小10mm，因此可以直接将保温罩围在内层保温罩外面。

可选地，所述保温罩包括可拆装的上保温罩和下保温罩。这样的设计，使保温罩制作简便，同时拆装方便，可直接取下上保温罩即可取出坩埚内生长得到的晶体。

改进之一，所述保温罩顶部设有圆孔。该圆孔用于生长晶体时籽晶杆的上下移动，同时也可形成纵向温度梯度，从而更有利于晶体的生长。