[其他]一种耐高温的温梯法晶体生长装置

说明书

本发明属于温梯法生长晶体装置的改进，包括坩埚、发热体和保温屏蔽装置。提供了一种锥形底中心有一籽晶槽尾部和圆锥筒壁的较理想的坩埚，发热体为矩形波状的板条式圆筒，其上半部有孔，下端与电极板相联，发热体上半部的温差由不同孔数和孔径来产生，下半部的温差由电极板的热传导来提供，保温屏蔽装置设计合理。该晶体生长装置热场稳定，控制简易，用于Ｎｄ∶ＹＡＧ晶体生长，已获得大尺寸优质的晶体。

本发明属于垂直温度梯度冷凝结晶法的生长装置。

美国陆军材料和机械研究中心（US Army Materials and Mechanics Research Center）的卡斯拉夫斯基等人（J.L.Caslavsky，D.Viechnicki）在晶体生长杂志第46卷第5期上发表了“采用热交换法熔体生长Nd：YAG”一文（Melt Growth Of Nd³⁺，Y，Al，O₁₂（Nd：YAG）Using the Heat Ex change Method（HEM），“J.Crys.Growth”，1979，46，№5601-606）提出了一种由钨罩、石墨发热体及水冷铜底座构成的实心热交换器和平底坩埚，在坩埚底部中心放置籽晶的热交换晶体生长装置。他的优点是草除了空气氦气冷却的热交换器，石墨发热体为“鸟笼式”-由完整的底环，劈开的上环及许多尖锥形的棒串接于上下两环之间。据称该种发热体可在坩埚的12cm高度上产生10℃/Cm的向上的温度梯度。但是这种装置仍然存在缺陷：（1）鸟笼式石墨发热体机械加工仍然复杂，炉内温场设计不合适于生长又粗又长的优质晶体;（2）采用平底坩埚并在坩埚底部中心放置籽晶，在生长多组分配比的晶体时（例如生长Nd：YAG），当升温化料过程中，控制籽晶过熔而不熔化或分解是相当困难的，而且平底坩埚中心放置籽晶，在晶体生长的初始阶段便是向三维空间发展，容易形成孪晶，造成晶体易裂，故难于获得又粗又长的优质晶体。

本发明的目的是为了克服上述缺点利用温梯法生长晶体的优点，设计出一种改进的坩埚、发热体和屏蔽装置（见图1）。

为了使结晶料充分熔解又保证籽晶不被熔化或分解，坩埚底部中心有籽晶槽尾部，为了阻止晶体生长时产生孪晶或多晶以及减少晶体开裂，坩埚底为锥形底，为了便于晶体的取出，坩埚的壁为园锥筒形。为了防止高达180mm的坩埚倾倒，坩埚尾部的籽晶槽置于坩埚定位棒的园形凹槽内，坩埚定位棒通过氧化锆保温环置于水冷坩埚杆上方的钼座的中心凹槽内，氧化锆保温环下部的凸起置于钼座的定位圈内。

为了在竖直方向创造高达20Cm的近于线性的温梯热场，发热体为被上下槽割成矩形波状的板条通电回路的园筒，整个园筒安装在与水冷电极相连的电极板上。板条通电回路的上半部打孔，其孔可为园孔、方孔或三角孔等形状。发热体上半部的温差通过所打孔的孔数和孔径的安排来调节发热体的电阻来实现，下半部的温差通过与水冷电极相连的电极板的热传导来产生。籽晶槽的温场还要依靠与水冷坩埚杆的热传导共同提供。

为了保证炉内热场稳定，在发热体及坩埚的上、下及四周设置了严密的保温屏蔽装置，屏蔽装置包括下热档板，上热档板和侧屏蔽筒。上热挡板和侧屏蔽筒要保证在高温下不熔化和变形。

附图说明：

图一是耐高温的温梯法晶体生长装置的剖视图。

图二是坩埚剖视图。

图三是石墨筒发热体，其下图为其顶视图，上图为A-A剖的平面展开图。

图四是紧固石墨发热体的压环剖视图。

图五是坩埚定位棒的剖视图。

图六是氧化锆保温环的剖视图。

图七是钼座，下图为顶视图，上图为剖视图。

图八是一对分立的电极板示意图。

图九侧屏蔽筒底板示意图，上图为顶视图，下图为剖视图。

本发明提供的一种温梯法生长高温晶体的装置，如图一所示。