[发明专利]晶体生长界面电信号采集系统

说明书

本发明涉及一种晶体生长界面电信号采集系统，包括坩埚、籽晶杆、晶转机构和电信号采集单元；所述晶转机构与外部的炉体绝缘，且包括晶转杆、联轴器、双轴电机和电气滑环；所述晶转杆与籽晶杆电气连接，为空心结构，内部设有导电芯；所述联轴器的下端与导电芯相连；所述双轴电机包括电机支架、电机主轴和电机副轴，所述电机主轴与联轴器的上端相连；所述电气滑环的固定端固定在电机支架上，自由端与电机副轴电气连接；所述电信号采集单元的两端分别与坩埚和电气滑环的固定端电气连接。通过本发明可实现界面相电信号的高速采集和稳定传输。

技术领域

本发明涉及晶体生长领域，特别是涉及一种晶体生长界面电信号采集系统。

背景技术

伴随着科技发展，人工晶体已成为工业、通讯、医疗、军事等诸多领域的支柱材料。而 提拉法是人工晶体产业中被使用最广泛，可制备材料种类最多，且产出晶体品质最好的一种 生长方法。提拉法是从熔体中提拉生长高质量单晶的方法，其基本原理是：将构成晶体的原 料放在坩埚中加热熔化，在熔体表面连接籽晶提拉熔体，在受控条件下，使籽晶和熔体在交 界面上不断进行原子或分子的规则排列，并逐渐凝固而生长出单晶体。提拉法的生长工艺是： 首先将待生长的晶体的原料放在耐高温的坩埚中加热熔化，调整炉内温度场；然后让安装于 籽晶杆上的籽晶接触熔体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并转动籽晶杆，使熔体处于过冷状 态并结晶于籽晶上，在不断提拉和旋转过程中，生长出晶体。

传统晶体生长设备中，晶转杆不是为导电设计的，其制作材料是空心的刚玉管或不锈钢 管，晶转机构中各部件连接部分也不都是导电材料，因此，晶转电机工作过程中，从籽晶到 电机部分的电气连接十分不稳定(甚至是绝缘的)。另外，常规晶体生长设备中，炉壳、称重 系统、晶转机构多为金属制品(不锈钢或铝)，均处于共地状态。而中频电源工作过程中，加 热系统会产生强烈的电磁干扰，导致炉壳的对地电压十分不稳定，这会使界面相电信号采集 系统中产生严重的共模干扰，这种共模干扰对于准确采集“界面相电场”这种微弱的电信号 影响很大。

现有的界面相电信号采集系统为在传晶体生长设备的基础上，从坩埚和籽晶杆分别引出 电极与微伏表连接。其存在设备采样率低(极限为0.05Hz)、稳定性差的缺陷，由于电信号 必须从金属制的籽晶杆引出，并经由电气滑环传递，在旋转的籽晶杆中，滑环的固定端(固 定在炉体)会对转动端(固定在籽晶杆)造成影响。例如，由机械加工精度、高温工作环境、 空气对流扰动等因素导致的籽晶杆偏心旋转，均会使滑环的固定端与转动端发生“失配”，且 失配几率和失配频率极高，这种频繁的失配不仅严重减损电气滑环的工作寿命，而且会导致 称重传感器完全失效。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种晶体生长界面电信号采集系统，可实现界面相电 信号的高速采集和稳定传输。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种晶体生长界面电信号采集系统，包括坩埚、籽 晶杆、晶转机构和电信号采集单元；所述晶转机构与外部的炉体绝缘，且包括晶转杆、联轴 器、双轴电机和电气滑环；所述晶转杆与籽晶杆电气连接，为空心结构，内部设有导电芯； 所述联轴器的下端与导电芯相连；所述双轴电机包括电机支架、电机主轴和电机副轴，所述 电机主轴与联轴器的上端相连；所述电气滑环的固定端固定在电机支架上，自由端与电机副 轴电气连接；所述电信号采集单元的两端分别与坩埚和电气滑环的固定端电气连接。

相对于现有技术，本发明在晶转机构中增设由双轴电机、电气滑环、联轴器、导电芯所 组成的运动机构的电信号传输通路，可确保旋转中的晶体生长界面的电信号的稳定传输，并 消除籽晶杆加工精度或热变形产生的偏心旋转对电气滑环工作寿命和对称重传感器带来的影 响，且晶转机构对炉体的绝缘，可避免炉体中的感生电流对高速电信号采集系统的影响，有 效杜绝共模干扰，从而提高电信号采集的准确性和稳定性。

进一步地，所述导电芯设有至少一个螺旋状弯折点。由于晶转杆两端巨大的温差以及旋 转机构对导电芯的拉伸和振动会对导电芯产生影响，通过该设计可有效避免导电芯受到损坏。