[发明专利]一种维持过饱和度恒定的降温法晶体生长系统

说明书

技术领域

本发明属于晶体生长技术领域，涉及一种维持过饱和度恒定的降温法晶体生长系统，适用于晶体稳定快速并高质量的生长。

背景技术

降温法是溶液中生长晶体较为常用的一种方法。在降温法晶体生长过程中，保持溶液的过饱和度恒定是至关重要的，因为溶液过饱和度的波动，可能导致生长层的产生，甚至包裹物的形成。因此，维持生长溶液过饱和度的恒定是生长高质量晶体的前提。

为保证晶体在恒定过饱和度下稳定快速生长，需要对溶液的过饱和度进行实时测量和控制。目前，实时测量和控制溶液过饱和度的方法主要有尺寸测量法、超声波测量法和电导法。尺寸测量法是通过光学测高仪得到晶体的尺寸，进而计算出晶体的质量，依据溶解度曲线和过饱和度公式算出此时的过饱和度，然后降低溶液温度使过饱和度恢复到原来的水平，这种方法操作比较简单，但在计算晶体质量时可能出现较大偏差，因为生长的晶体形状不一定规整，这使过饱和度的控制精度下降。超声波测量法基于声波在不同浓度溶液中传播速度不同的原理来对过饱和度进行测定，根据声速的变化间接测定过饱和度后，再通过对溶液降温来维持过饱和度的恒定；该方法虽然能够实现过饱和度的自动测量和控制，然而，超声波的机械作用易促成溶液的乳化，空化作用易产生小气泡以及超声波频率高存在显著的局部热效应等，均对溶液的稳定性不利，所以该方法不适于溶液晶体生长。电导法是利用电导对溶液浓度变化比较敏感的性质，通过浓度、温度和电导的函数关系间接确定溶液过饱和度和指导溶液降温，该方法具有较高的精度并且也能使溶液实时降温来保证过饱和度的恒定，但这种方法由于电极与溶液接触可能发生电化学反应，从而影响测量精度和溶液稳定性，甚至污染溶液。

发明内容

针对现有实时测控过饱和度方法的不足，本发明提供了一种维持过饱和度恒定的降温法晶体生长系统。该系统通过实时测量生长晶体的质量变化量，并以此为依据来调节水浴降温，使溶液温度降低所带来的过饱和度的增加量与晶体生长所引起的过饱和度的减少量相等，从而实现晶体在恒定过饱和度下稳定生长的目的。

本发明的目的是提供一种维持过饱和度恒定的降温法晶体生长系统。

本发明的另一个目的是提供一种维持过饱和度恒定的降温法晶体生长方法。

本发明提供的一种维持过饱和度恒定的降温法晶体生长系统，该系统包括检测单元、控制单元、执行单元；主体结构包括拉力传感器、程控旋转器、热电偶、显示器、信号输出通道、信号处理器、微机、温控器、水浴、加热器、制冷器、搅拌器、生长容器、掣晶杆、托盘、盖板。

本发明的检测单元包括拉力传感器和热电偶；拉力传感器将所受到的拉力转化成相应的电信号，它可以根据所受到的力的变化（对应于溶液中溶质的变化）而实时输出成比例变化的电流，同时热电偶也将水浴的温度转化为电信号。

本发明的控制单元由信号处理器和微机组成；信号处理器将由拉力传感器和热电偶产生的电信号分别转化为数字信号并输送给微机；微机接收信号后，经由依据晶体材料溶解度公式而事先编制好的，在一定的溶液体积和过饱和度下，溶液温度所需下降量与晶体质量变化量之间的关系，获得需要的降温量，输出降温指令。溶解度公式整理为S_t＝at²+bt+c（式中S_t的单位为gKDP/100mL水，t单位为℃，a，b，c为系数），降温量与晶体质量变化量的关系为：