[发明专利]一种高压单晶炉上下炉体锁紧及炉体密封结构

说明书

本发明公开了一种高压单晶炉上下炉体锁紧及炉体密封结构，解决了如何完成高压单晶炉上下炉体可靠密封的问题。包括下炉体（1）和上炉体（3），上炉体通过它的下端口错齿法兰盘（4）扣接在下炉体（1）的上端口错齿法兰盘（2）上，在下炉体（1）的炉底板中央处，设置有驱动轴伸出孔（24），在下端口错齿法兰盘（4）与上端口错齿法兰盘之间，设置有带错齿锁紧圈（5），在下端口错齿法兰盘（4）与上端口错齿法兰盘之间，分别设置有唇形密封圈（6）和O形密封圈（7）；在驱动轴伸出孔（24）中设置有动密封法兰盘（25），在动密封法兰盘中活动设置有驱动轴（23）。本发明在真空、高压环境的单晶炉中营造了可靠稳定的温度梯度场。

技术领域

本发明涉及一种真空高压单晶炉，特别涉及一种一种高压单晶炉上下炉体锁紧及炉体密封结构。

背景技术

碲化汞是一种半导体材料，拥有优异的热电性能和负热膨胀系数，可以用于制作红外探测器；碲化汞晶体是采用区域熔炼的布里奇曼法制备的，所谓的布里奇曼法是：将碲化汞粉末状材料装在封闭的圆柱形石英管中，将石英管放置到坩埚中，坩埚放置于单晶炉中，在单晶炉中，设置有从高到低的具有一定温度梯度的加热场，炉中高温区域的温度，需要控制在略高于碲化汞粉末状材料熔点附近，石英管中的碲化汞粉末状材料，在高温区域开始熔解，并保持一段时间，随着石英管内的碲化汞粉末全部熔融，在封闭的石英管内，会生成较大压力的汞蒸气，为了防止石英管爆裂，一般在封闭的单晶炉中充入高压的氩气，以平衡石英管内外压力；随后，机械控制系统会控制坩埚支架，缓慢地将坩埚从炉中高温场逐步移动到低温场中去，即使坩埚逐步通过一个具有一定温度梯度的加热场，在此移动过程中，当坩埚底部的温度下降到碲化汞的熔点以下的温度场后，熔融的碲化汞原料就开始长晶，开始生长碲化汞晶体，随着坩埚的下降晶体持续长大，从而完成石英管内碲化汞晶体的生长。

碲化汞晶体在单晶炉中的生成，与炉中梯度温度场的设置，以及梯度温度场的稳定，有着密切的关系，单晶炉中高温区的温度高达1000℃，而低温区的温度为500℃，在同一单晶炉炉中，如此大温差的温度场的稳定形成，通过什么手段来实现，是单晶炉的炉内温场结构设计时需要解决的一个问题，碲化汞原料在高温区熔融，在低温区长晶，如何保证高温区与低温区的温差稳定在110℃，是炉体设备设计中需要解决的另一个问题；另外，当碲化汞粉末状材料在密闭的石英管中熔化时，会在管内产生很大的蒸气压，为了平衡管内的压力，以避免石英管的爆裂，在单晶炉中需要充入一定压力的氩气，以平衡石英管内外压力，但若有意外情况发生，例如石英管发生破裂，如何保护炉体内炉腔的环境和便于清理破碎的石英管碎渣，也是炉体结构设计中需要考虑的一个问题。

现有的单晶炉是由圆柱状的上炉体和圆柱状下炉体组成，上炉体扣接在下炉体上，扣接在一起后，上炉体内腔与下炉体内腔组成炉内腔体；碲化汞长晶需要在密闭的无氧的高压环境的炉内腔体中进行，炉内腔需要先抽真空，后充入高压氩气；在整个工艺过程中，炉内腔体必须实现可靠密闭，上、下炉体之间的锁紧密封，还需要同时考虑承受炉内正、负两种压力的情况，因此，上、下炉体的连接处的可靠锁紧及密封直接关系到碲化汞长晶过程；另外，在碲化汞长晶过程中，支撑坩埚的支架的驱动轴是从上向下移动的，驱动轴从炉内的炉底穿出到炉外，与驱动机构机械连接在一起，该驱动轴与炉体之间的动密封也是设备的一个重要环节，一旦坩埚在升降或旋转过程中，炉体与驱动轴之间的动密封若发生泄露，将会破坏炉内温度场和压力，影响到碲化汞长晶的品质，特别是，碲化汞蒸气有毒，泄露后，会危及附近操作员人身的生命安全；因此，炉体的密封特别重要。

单晶炉长晶中，炉内温度高达上千度，如何实现炉内温度场的保温是一个主题，如何实现炉体外炉壁的冷却，特别是对承担坩埚移动的伸出到炉体外的驱动轴的冷却，以及如何实现上、下炉体之间的锁紧密封圈的降温，也是现场需要解决的一个难题。

发明内容

本发明提供了一种高压单晶炉上下炉体锁紧及炉体密封结构，解决了如何完成高压单晶炉上下炉体可靠密封的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：