一种用于磷化铟生产的生长炉的制作方法

1.本发明涉及磷化铟生产技术领域，尤其涉及一种用于磷化铟生产的生长炉。


背景技术：

2.由于晶体生长是一个动态变化过程，整个过程中的传热、流动及传质特性均处于不断变化之中，而这些特性决定着熔体流动、温度与组分分布、结晶界面形状等宏观晶体生长参数，进而决定了晶体内部的微观结构以及缺陷、杂质的分布。因此，要想采用行波磁场精确控制整个晶体生长，必须在这个过程中不断调整行波磁场参数以适应晶体生长的需要。然而，现有行波磁场控制晶体生长的研究中，并不能准确获取熔体的温度分布，进而无法对行波磁场参数做出适应性调整，导致无法获取高品质的晶体。为此，我们提出一种用于磷化铟生产的生长炉。


技术实现要素：

3.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种用于磷化铟生产的生长炉，具有利用恒温恒压气体获取晶体管温度分布，进而适应性调整行波磁场参数，获取高品质晶体的特点，解决了现有行波磁场控制晶体生长的研究中，并不能准确获取熔体的温度分布，进而无法对行波磁场参数做出适应性调整，导致无法获取高品质的晶体的问题。
4.本发明提供如下技术方案：一种用于磷化铟生产的生长炉，包括生长炉以及设置在生长炉内的石英管，所述生长炉内部设置有为石英管加热的加热器；
5.所述生长炉外部安装有电磁搅拌器，所述电磁搅拌器用于控制石英管内部熔体流动；
6.所述生长炉的一端设置有提供恒温恒压气体的进气管，对向的另一端设置有若干个出气管，所述进气管进入的高温高压气流从石英管表面经过后通过若干出气管排出，所述出气管均布在石英管外侧；
7.所述出气管连接有检测机构，所述检测机构用于检测各个出气管的气体数据，获取石英管表面温度，并通过电磁搅拌器控制石英管内部熔体流动和温度分布。
8.优选的，所述进气管设置有若干个，并与出气管位置相对应。
9.优选的，所述检测机构包括数量与出气管相等的检测气管，每个所述检测气管与所述出气管连接，所述检测气管上设置有热电偶一，所述热电偶一用于检测各个检测气管中的气体温度，获取石英管表面不同区域温度差。
10.优选的，所述检测气管上设置有流量计，所述流量计用于检测各个检测气管中的气体流量，进而获取石英管表面不同区域温度差。
11.优选的，所述生长炉通过高压气泵供气，所述高压气泵与加热管连接，加热管与进气管连接，所述加热管外部设置有加热套，所述加热套用于控制生长炉的进气温度。
12.优选的，所述进气管上设置有热电偶二，所述热电偶二用于检测生长炉的进气温度。
13.优选的，所述高压气泵通过散热管与进气管连接，所述散热管用于降低进气温度，且散热管和加热管上均设置有电控阀，用于切换散热管和加热管。
14.优选的，所述检测机构与储气罐连接，所述储气罐用于回收气体和为生长炉供气。
15.优选的，所述生长炉中对应出气管的位置设置有出气板，所述出气板上设置有出气槽，所述出气槽对应石英管的外周。
16.优选的，所述出气槽上分为若干个用于集中气体的出气区，每个出气区对应石英管外部某一区域，所述出气区上开设有与出气管对接的出气孔。
17.本发明提供了一种用于磷化铟生产的生长炉，
附图说明
18.图1为本发明结构示意图；
19.图2为本发明气管布置示意图；
20.图3为本发明出气板结构示意图。
21.图中：1、生长炉；2、加热器；3、石英管；4、高压气泵；5、电磁搅拌器；6、进气管；7、出气管；8、检测机构；9、检测气管；10、热电偶一；11、流量计；12、热电偶二；13、出气板；14、出气槽；15、出气区；16、出气孔；17、储气罐；18、加热管；19、散热管；20、加热套。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种用于磷化铟生产的生长炉，包括生长炉1以及设置在生长炉1内的石英管3，生长炉1内部设置有为石英管3加热的加热器2；石英管3内设有坩埚，坩埚内放置原料，原料包括籽晶、磷化铟多晶料、密封剂和掺杂剂等，且保石英管3内操持真空状态。加热器2配合生长炉1内的热电偶进行温度控制。
24.生长炉1外部安装有电磁搅拌器5，电磁搅拌器5用于控制石英管3内部熔体流动；该电磁搅拌器5可采用动态磁场，即行波磁场，基于电磁感应定律在导电熔体中产生感应电流，感应电流与磁场相互作用产生洛伦兹力，进而影响熔体流动与晶体生长。行波磁场产生的洛伦兹力能够主动驱动熔体产生对称的子午线方向的流动，其形态类似于热浮力引起的自然对流。行波磁场可调参数众多，主要包括线圈的个数、间距、相对熔体的位置，以及线圈内部通入电流的顺序、大小、频率、相移等。通过调整行波磁场参数，可以抑制或者强化自然对流，能够主动控制熔体流动的结构与强度，进而影响温度分布并优化结晶界面形状和控制杂质分布。
25.生长炉1的一端设置有提供恒温恒压气体的进气管6，对向的另一端设置有若干个出气管7，进气管6进入的高温高压气流从石英管3表面经过后通过若干出气管7排出，出气管7均布在石英管3外侧；进气管6和出气管7的设置是为了提供恒温恒压气体，同时避免气体对流造成孪晶、空位、晶体滑移等现象。进气管6进入的气体从石英管3外侧经过，当石英管3外部各个区域存在温差时，对气体也会造成温度和压力的影响，通过出气管7按区域收
集气体，通过气体之间的流量和温度变化，进而获取石英管3外部的温度分布。由于磷化铟单晶生长过程中，温度在700-1100摄氏度之间，温度较高，温度分布差异度数也会较大，对气体造成的数据变化可以用于获取石英管3温度分布情况。
26.出气管7连接有检测机构8，检测机构8用于检测各个出气管7的气体数据，获取石英管3表面温度，并通过电磁搅拌器5控制石英管3内部熔体流动和温度分布。检测机构8通过获取各个出气管7中的气体数据与进气管6的恒温恒压气体的温度和压力(流速)变化，从而判断气体受到石英管3不同区域的影响，进而获取石英管3温度分布情况，最后根据温度分布情况调整行波磁场控制熔体流动，实现温度均匀分布。
27.在另一实施例中，进气管6设置有若干个，并与出气管7位置相对应。进气管6设置若干个的目的在于与出气管7对应，对进气温度压力和出气温度压力可以作具体的对比分析，每个进气管6上均可设置检测压力温度变化的仪器。获得进出气的压力和温度变化，更直观的获取石英管3表面温度差。另外采用若干个对应的进气管6，可以在一定程度上减少气流发生扰动和旋转，避免获取的出气管7气体数据与石英管3表面区域不对应。
28.在另一实施例中，如图2所示，检测机构8包括数量与出气管7相等的检测气管9，每个检测气管9与出气管7连接，检测气管9上设置有热电偶一10，热电偶一10用于检测各个检测气管9中的气体温度，获取石英管3表面不同区域温度差。通过将检测机构8的检测气管9与出气管7对应，方便获取各个区域的气体，并通过在检测气管9上设置热电偶来分别检测各区域气体温度。热电偶为测温元件，直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。
29.在另一实施例中，检测气管9上设置有流量计11，流量计11用于检测各个检测气管9中的气体流量，进而获取石英管3表面不同区域温度差。在密闭环境中，气体到温度不同，压力也会有所变化，温度越高，压力越大，流速越快。通过设置监测流速的仪器，可以获取各个出气管7或检测气管9的流速，进而判断其温度变化，最终获取石英管3，并通过电磁搅拌器5调整参数后进行搅拌。
30.在另一实施例中，生长炉1通过高压气泵4供气，高压气泵4与加热管18连接，加热管18与进气管6连接，加热管18外部设置有加热套20，加热套20用于控制生长炉1的进气温度。通过高压气泵4实现恒压供气，并采用加热套20为气体加热，该气体采用氮气或惰性气体，加热后的温度不高于石英管3的反应温度。
31.在另一实施例中，进气管6上设置有热电偶二12，热电偶二12用于检测生长炉1的进气温度。是为了方便计算进气温度和出气温度的差值，避免进气温度存在差异导致判断不准确。
32.在另一实施例中，高压气泵4通过散热管19与进气管6连接，散热管19用于降低进气温度，且散热管19和加热管18上均设置有电控阀，用于切换散热管19和加热管18。散热管19采用导热性能好的材料制成，与空气接触面积大，降低氮气温度。然后将温度较低的氮气抽入生长炉1中实现降温和冷却，一方面节省了成本，减小了体积；另一方面实现了无缝衔接和切换，提高了冷却效率。
33.在另一实施例中，检测机构8与储气罐17连接，储气罐17用于回收气体和为生长炉1供气。储气罐17用于储存氮气或惰性气体，实现气体的循环和密闭。
34.在另一实施例中，如图3所示，生长炉1中对应出气管7的位置设置有出气板13，出
气板13上设置有出气槽14，出气槽14对应石英管3的外周。出气槽14的设置可以覆盖整个生长炉1内腔与石英管3外的区域，从而获取该区域的空气，可以在一定程度上避免气体流动过程中的扰动和对流，使出气管7获取的空气位置与经过石英管3外部的空气位置相对应，利于后续的温度分布检测和电磁搅拌器5参数设置。
35.在另一实施例中，如图3所示，出气槽14上分为若干个用于集中气体的出气区15，每个出气区15对应石英管3外部某一区域，出气区15上开设有与出气管7对接的出气孔16。将出气槽14分为若干出气区15目的在于将石英管3表面称纵向分为若干个区，通过获取各个区气体温度和流速变化，进而判断石英管3纵向各个分区的温度。
36.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于磷化铟生产的生长炉，其特征在于：包括生长炉(1)以及设置在生长炉(1)内的石英管(3)，所述生长炉(1)内部设置有为石英管(3)加热的加热器(2)；所述生长炉(1)外部安装有电磁搅拌器(5)，所述电磁搅拌器(5)用于控制石英管(3)内部熔体流动；所述生长炉(1)的一端设置有提供恒温恒压气体的进气管(6)，对向的另一端设置有若干个出气管(7)，所述进气管(6)进入的高温高压气流从石英管(3)表面经过后通过若干出气管(7)排出，所述出气管(7)均布在石英管(3)外侧；所述出气管(7)连接有检测机构(8)，所述检测机构(8)用于检测各个出气管(7)的气体数据，获取石英管(3)表面温度，并通过电磁搅拌器(5)控制石英管(3)内部熔体流动和温度分布。2.根据权利要求1所述的一种用于磷化铟生产的生长炉，其特征在于：所述进气管(6)设置有若干个，并与出气管(7)位置相对应。3.根据权利要求1或2所述的一种用于磷化铟生产的生长炉，其特征在于：所述检测机构(8)包括数量与出气管(7)相等的检测气管(9)，每个所述检测气管(9)与所述出气管(7)连接，所述检测气管(9)上设置有热电偶一(10)，所述热电偶一(10)用于检测各个检测气管(9)中的气体温度，获取石英管(3)表面不同区域温度差。4.根据权利要求1或2所述的一种用于磷化铟生产的生长炉，其特征在于：所述检测气管(9)上设置有流量计(11)，所述流量计(11)用于检测各个检测气管(9)中的气体流量，进而获取石英管(3)表面不同区域温度差。5.根据权利要求1所述的一种用于磷化铟生产的生长炉，其特征在于：所述生长炉(1)通过高压气泵(4)供气，所述高压气泵(4)与加热管(18)连接，加热管(18)与进气管(6)连接，所述加热管(18)外部设置有加热套(20)，所述加热套(20)用于控制生长炉(1)的进气温度。6.根据权利要求5所述的一种用于磷化铟生产的生长炉，其特征在于：所述进气管(6)上设置有热电偶二(12)，所述热电偶二(12)用于检测生长炉(1)的进气温度。7.根据权利要求5所述的一种用于磷化铟生产的生长炉，其特征在于：所述高压气泵(4)通过散热管(19)与进气管(6)连接，所述散热管(19)用于降低进气温度，且散热管(19)和加热管(18)上均设置有电控阀，用于切换散热管(19)和加热管(18)。8.根据权利要求1所述的一种用于磷化铟生产的生长炉，其特征在于：所述检测机构(8)与储气罐(17)连接，所述储气罐(17)用于回收气体和为生长炉(1)供气。9.根据权利要求1所述的一种用于磷化铟生产的生长炉，其特征在于：所述生长炉(1)中对应出气管(7)的位置设置有出气板(13)，所述出气板(13)上设置有出气槽(14)，所述出气槽(14)对应石英管(3)的外周。10.根据权利要求1所述的一种用于磷化铟生产的生长炉，其特征在于：所述出气槽(14)上分为若干个用于集中气体的出气区(15)，每个出气区(15)对应石英管(3)外部某一区域，所述出气区(15)上开设有与出气管(7)对接的出气孔(16)。

技术总结
本发明涉及磷化铟生产技术领域，尤其涉及一种用于磷化铟生产的生长炉，包括生长炉和石英管，生长炉外部设置电磁搅拌器；生长炉设置有提供恒温恒压气体的进气管，及出气管，进气管进入的高温高压气流从石英管表面经过后通过若干出气管排出，出气管均布在石英管外侧；出气管连接有检测机构，检测机构用于检测各个出气管的气体数据，获取石英管表面温度，并通过电磁搅拌器控制石英管内部熔体流动和温度分布。本发明利用恒温恒压气体获取晶体管温度分布，进而适应性调整行波磁场参数，获取高品质晶体，解决了现有技术不能准确获取熔体的温度分布，进而无法对行波磁场参数做出适应性调整，导致无法获取高品质的晶体的问题。导致无法获取高品质的晶体的问题。导致无法获取高品质的晶体的问题。


技术研发人员：卢鹏荐 曾小龙 张林 李鹏武 袁珊珊
受保护的技术使用者：武汉拓材科技有限公司
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/8/13