[发明专利]一种焰熔法数控晶体生长炉

说明书

技术领域

本发明属于新材料领域，具体地来讲为一种焰熔法数控晶体生长炉。

背景技术

金红石单晶体因具有高的双折射率和化学稳定性，在制备光隔离器、光环形器、起偏器等器件中有不可替代的优势。像金红石等高温氧化物单晶体，传统上是使用传统焰熔法晶体生长炉生长的。

在传统的焰熔法晶体生长炉中，在晶体生长机构没有使用精密的传动丝杠和数字控制，燃料气体没有使用精密的气体质量流量计，原料控制没有使用精密的传动丝杠和数字控制，整个系统没有统一的素质控制系统。由于生长工艺参数没有精确的数字控制，生长速度一般在10mm/h以上，生长速度快，晶体生长环境，尤其是温度场，不利于完整的光学级晶体，生长速度较快，生长界面，以及整个生长室内的温度分布、组成分布不能保证高品质的晶体生长。导致所生长的晶体在结构完整性，比如位错密度高、应力大、不均匀等,特别是金红石单晶体的生长，成品合格率很低。

针对目前普遍使用说的提拉法晶体生长炉，由于生长过程是在高温的真空或保护气氛下进行的下，対盛装熔体的坩埚材料具有严格的要求。要求坩埚材料耐高温、耐腐蚀、不与熔体发生化学侵蚀等，一般都是贵重的铱金坩埚，使得整个生长炉的造价提高。对所要生长的晶体也有严格的要求，比如高温，特别是溶体状态下，不分解等。而像金红石等高温氧化物单晶体在高温下，特别是熔体状态下具有很高的分解压，使用提拉法难以生长出高品质的金红石单晶体。

金红石 ( TiO₂) 单晶体双折射大，折射率大，用于光谱棱镜、偏振器件如光隔离器、光环形器、分束器等。目前用于光学通信的上述器件均采用钒酸钇（YVO₄）晶体，高端产品必须使用金红石 ( TiO₂) 单晶体。再比如，钛酸锶（STiO₃）单晶体，是非常典型的超导基片材料，但是使用提拉法难以生长。

使用传统的晶体生长炉，由于诸多生长工艺参数没有精确的控制，生长速度较快，生长界面，以及整个生长室内的温度分布、组成分布不能保证高品质的晶体生长。导致所生长的晶体在结构完整性，比如位错密度高、应力大、不均匀等。

建立适合晶体稳定生长的精确的温度场和组成分布，去除晶体生长过程中影响晶体质量的因素，对生长光学级金红石单晶体和其它高品质高温氧化物晶体极为必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种焰熔法数控晶体生长炉, 能够精确控制晶体生长的各个参数，保障生长室内的温度分布、组成分布和力学分布，能够生长出微观结构完整的高品质的高温下特别是熔体状态下具有分解倾向的高温氧化物单晶体，如钛酸锶、金红石等单晶体。

本发明是这样实现的，

一种焰熔法数控晶体生长炉,其特征在于，该生长炉包括:

晶体生长系统，包括晶体生长炉、穿入晶体生长炉内，用于作为晶体生长的载体的晶体生长基座杆，通过电机带动传动丝杠传递至晶体晶体生长基座杆做上下运动的升降速度控制机构；

原料供应系统，包括锥形原料仓，在所述原料仓内设置筛网，所述原料仓的进料口安装有筛网振动机构；

燃料供应系统，通过管线连接至生长室；

数字控制系统，向升降速度控制机构、筛网振动振幅控制机构、筛网振动频率控制机构以及进气系统发出控制信号，并用于设置控制参数。

进一步地，所述燃料供应系统包括燃料气体源、与燃料气体管线、浮子气体流量计、数字气体流量计、燃料气体控制机构；燃料气体源通过燃料气体管线连接至晶体生长炉，在燃料气体管线上设置浮子气体流量计用于检测管路气体情况，设置数字气体流量计用于精确控制气体的流量，燃料气体控制机构通过串入燃料气体管线的除湿、干燥、净化设备，向数字气体流量计提供满足工艺要求的清洁气体。

进一步地，原料供应系统包括：

筛网振动振幅控制机构，控制筛网振动机构对筛网的振动振幅的调节；

筛网振动频率控制机构，控制筛网振动机构对筛网的振动频率的调节。

进一步地，所述筛网振动振幅控制机构包括与晶体生长基座杆平行的内空支撑柱I，在所述支撑柱I内设置有连接杆，所述连接杆通过一电机带动连接杆的升降，所述连接杆的端部连接一横杆，所述横杆的一端连接筛网振动机构。

进一步地，所述筛网振动频率控制机构通过一电机输出横轴，在横轴上至少一片压杆，横轴带动压杆转动，所述压杆与所述横杆接触。

进一步地，所述筛网振动频率控制机构的电机固定在与支撑柱I平行的支撑柱II上。