[发明专利]一种充气保护的晶体生长装置及方法

说明书

本发明公开了一种充气保护的晶体生长装置及方法，属于晶体制备领域，目的在于解决现有改进的垂直布里奇曼法生长法制备碲化镉或碲锌镉等晶体时，其中的石英坩埚耐压能力不足，容易产生裂管现象，造成原料损失与设备损坏的问题。该装置包括加热炉、保压内胆、坩埚、固定件、法兰接口、充放气口、转接结构、平台、旋转单元、升降单元等。本发明中，通过坩埚外部充压保护，降低石英坩埚所承受压力，以避免高蒸汽压晶体生长过程中的裂管现象；同时，通过上温控加热单元、下温控加热单元结构的设计，满足多种晶体生长的需要，为多种晶体提供更为适宜的生长环境。本发明对于多种晶体的制备，尤其是高蒸汽压晶体的制备，具有较好的应用价值和显著的进步意义。

技术领域

本发明涉及晶体制备领域，具体为一种充气保护的晶体生长装置及方法。更具体地，本发明是一种通过外部加压降低石英坩埚所承受压力的结构设计及其使用方法。

背景技术

碲化镉、碲锌镉等由于具有较高的平均原子序数，对X射线或γ射线有较大的吸收系数，目前在射线探测器领域已有较多的应用与研究。尤其是碲锌镉探测器，由于不需要复杂的冷却设备即可在室温下工作，因而体积较小、使用方便，受到广泛关注。碲化镉或碲锌镉探测器的应用主要受晶体性能、体积等方面的限制，晶体的制备方法则主要采用高压布里奇曼法或改进的垂直布里奇曼法生长。

高压布里奇曼法设备非常昂贵，且生长的晶体容易出现气体夹杂以及大量缺陷等问题。改进的垂直布里奇曼通常采用石英坩埚密封的方式来防止原料的挥发，成本相对较低。但在晶体熔点较高，或石英坩埚存在缺陷等情况下，生长较大直径的晶体时，容易因为石英坩埚耐压能力不足而产生裂管现象，造成原料损失与设备损坏。通常情况下，使用石英坩埚的替代产品的成本较高，而如何在现有改进的垂直布里奇曼法的基础上，解决管裂的问题，成为申请人研发的方向。为此，本发明提供一种充气保护的晶体生长装置及方法。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有改进的垂直布里奇曼法生长法制备碲化镉或碲锌镉等晶体时，其中的石英坩埚耐压能力不足，容易产生裂管现象，造成原料损失与设备损坏的问题，提供一种充气保护的晶体生长装置及方法。本发明中，通过坩埚外部充压保护，降低石英坩埚所承受压力，以避免高蒸汽压晶体生长过程中的裂管现象；同时，通过上温控加热单元、下温控加热单元结构的设计，满足多种晶体生长的需要，为多种晶体提供更为适宜的生长环境。本发明对于多种晶体的制备，尤其是高蒸汽压晶体的制备，具有较好的应用价值和显著的进步意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种充气保护的晶体生长装置，包括加热炉、保压内胆、坩埚、用于为坩埚提供固定支撑的固定件、法兰接口、充放气口、转接结构、平台、旋转单元、升降单元；

所述加热炉包括炉体外壳、保温隔热盖、设置在炉体外壳内的保温棉、设置在保温棉内侧的炉膛、用于对保压内胆进行加热的加热装置，所述炉体外壳的上下两端分别设置有相互连通的开口，所述保温隔热盖设置在炉体外壳上端开口上，所述加热装置包括上温控加热单元、下温控加热单元，所述上温控加热单元、下温控加热单元依次设置保温棉内且上温控加热单元、下温控加热单元能分别单独加热；

所述保压内胆为一端开口的圆管，所述坩埚通过固定件设置在保压内胆内部，所述法兰接口与保压内胆的开口端密封连接，所述保压内胆设置在加热炉内且加热炉能对保压内胆进行加热；

所述充放气口依次通过转接结构、法兰接口与保压内胆相连且充放气口能向保压内胆内充入保护气体，所述充放气口与保压内胆相连的管道上设置有阀门；

所述旋转单元设置在平台上，所述旋转单元包括设置在平台上的旋转电机、旋转传动件，所述旋转电机通过旋转传动件与保压内胆相连且旋转电机通过旋转传动件能带动保压内胆相对加热炉转动；

所述升降单元能带动加热炉相对保压内胆沿其轴向移动。

还包括设置在保温棉中的隔热层，所述隔热层位于上温控加热单元与下温控加热单元之间。