[发明专利]晶体生长复合称重设备及使用该设备的晶体生长炉

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种称重设备，尤其应用于晶体生长过程中同时满足大量程和高精度要求的称重设备。 

背景技术

蓝宝石是一种非常重要的晶体材料，它具有优异的光学性能和机械性能，应用极其广泛。早在1960年，蓝宝石晶体由于具有高硬度和高韧性的特点就被用于军用装甲材料。随后，由于发现蓝宝石在中红外波段光具有高透性，它又成为了最常见的军用窗口材料。近年来，随着LED产业的迅猛发展，蓝宝石晶体作为LED外延芯片必需的衬底材料，其需求量日益增加，这引起了对生长大尺寸蓝宝石晶体生长方法的高度重视。 

文中所提到的“籽晶”指晶体生长前准备好的一根品质良好的蓝宝石单晶，用于引导蓝宝石熔液凝固生长成单晶。 

以上所说的长晶工人是能够独立且成功地完成引晶并能够生长出大尺寸蓝宝石晶体的熟练技工。要成功的生长出品质好的大尺寸的蓝宝石不仅需要多年的引晶经验，而且需要一台设计优良的晶体生长炉。 

晶体的生长状况(例如是否粘锅、生长速率大小等)是根据晶体的重量变化来判断的。在晶体生长初期，特别是引晶阶段，晶体生长速度较慢（g/h），对称重传感器的测量精度要求较高，称重传感器精度越高越有利于对晶体生长状况的控制；当晶体生长到一定尺寸后，晶体生长速度可达kg/h，此时对称重传感器的测量精度要求降低，只满足所需量程即可（一般在100kg左右）。一般称重传感器（kg/h）的测量量程越大，测量精度就越低。传统的泡生炉中一套称重传感器是无法同时满足大量程和高精度的要求。 

发明内容

本发明专利提供一种称重设备，可以同时满足晶体生长过程中高精度和大量程的需求，为准确掌握晶体质量变化采取恰当的晶体生长控制手段提供可靠保障。本发明专利解决其问题所采用的技术方案是：在泡生晶体生长炉的籽晶杆上方安装高精度小量程的称重传感器，泡生晶体生长炉的坩埚下端安装低精度大量程的称重传感器，简称为双称系统。当引晶后晶体开始增长时，重量变化非常小，但需要长晶人员对这个微小的变化做出相应的操控动作，采用高精度小量程称重传感器可以准确显示每小时晶体质量的微小变化，此时称重系统的示数显示出晶体重力和熔体浮力共同作用下的重量示数。当晶体重量临近高精度小量程称重传感器的量程范围时，晶体重量增长速度很快，此时关闭该称重传感器同时开启低精度大量程称重传感器，通过大量程的称重传感器，称重传感器通过熔体质量的减少计算出晶体质量。长晶人员通过双称系统可以迅速掌握晶体质量的变化，有助于改变长晶条件，控制晶体重量变化率。 

附图说明

 图1为称重设备晶体生长炉结构图 

图2为称重传感器侧视图

图2中，1为驱动轴，2为弹簧，3为曲柄轴，4为从动轴，5为轴承，6为法兰

具体实施方式

图2中，驱动轴和从动轴都与轴承上连接，通过弹簧曲柄轴连接。在图1中，泡生晶体生长炉的籽晶杆上端通过镙丝固定高精度小量程称重传感器。坩埚下端安装一个低精度大量程称重传感器，图2中称重传感器的驱动轴4通过键与放置坩埚的托盘连接，从动轴1则与内底部的底座连接。当引晶后晶体开始增长时，重量变化非常小，但需要长晶人员对这个微小的变化做出相应的操控动作，采用高精度小量程称重系统可以准确显示每小时晶体质量的微小变化，此时称重系统的示数显示出晶体重力和熔体浮力共同作用下的重量示数。当晶体重量临近高精度小量程称重系统的量程范围时，晶体重量增长速度很快，此时关闭该称重系统同时开启低精度大量程称重系统，通过大量程的称重系统，称重系统通过熔体质量的减少计算出晶体质量。