一种新型遮光型光热浮区法晶体生长装置的制作方法

1.本实用新型涉及晶体生长设备技术领域，具体涉及一种新型遮光型光热浮区法晶体生长装置。


背景技术：

2.在晶体制备领域中，区熔法是将一个多晶材料棒，通过一个狭窄的高温区，使材料形成一个狭窄的熔区，移动材料棒使熔区移动而结晶，最后材料棒就形成了单晶棒，该方法可以使单晶材料在结晶过程中纯度提高，并且使掺杂更均匀。
3.以单光源、垂直放置两椭球镜方式的光学浮区炉为例，在晶体生长过程中需要根据情况调整生长温度，其温度调节的主要方式为四片遮光板的开合来控制，遮光板可以在0
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100％的通光量范围内变化，由于其方片的遮光板形状，在遮光板打开范围达到70％甚至更高时，其光斑形状仍为十字形，焦点处温度场温度分布不均匀，影响晶体培育，对此需要改进。


技术实现要素：

4.为解决上述至少一个技术缺陷，本实用新型提供了如下技术方案：
5.本技术文件公开一种新型遮光型光热浮区法晶体生长装置，包括椭球面反射镜、光源及光圈遮光机构，椭球面反射镜包括纵向上相对设置的第一椭球面反射镜、第二椭球面反射镜，且二者中位于镜外的焦点重合，位于下方的第一椭球面反射镜的镜内焦点处设置光源，在第一椭球面反射镜聚焦发出的光的前进路径上设置调节通光量的光圈遮光机构，光圈遮光机构包括固定基板、光阑片及驱动环，固定基板上开口并在开口处周围均布光阑片，以驱动环带动光阑片以其一端为中心进行摆动，若干光阑片的摆动端相合拢、张开以调节开口处孔径。
6.本晶体生长装置内将两个椭球面反射镜的镜外焦点重合，纵向上位于下方的椭球面反射镜的镜内焦点处固定光源，上方椭球面反射镜的镜内焦点处安置晶体原料棒、籽晶等即可实现晶体培育，以单个光源配合两个椭球面反射镜的结构降低成本及能耗，同时在聚焦发出的光的前进路径上增加了相机或摄像头中用到的光圈遮光机构，以驱动环驱使多个光阑片进行合拢、张开等动作，以合拢为例，合拢状态下，光阑片遮挡固定基板开口，使通光口径变小，通光量降低，张开时，光阑片张开使固定基板开口逐渐漏出，通光口径变大，通光量增加，无论光圈遮光机构的通光量为多少，焦点处温度场均呈轴对称分布，温度分布均匀，有助培育高质量晶体。
7.对于光阑片的形状而言，常见的形状如圆弧形、直线型，圆弧形又可分为单圆弧形、双圆弧形，当然也可根据需求选择其他形状的光阑片。
8.如双圆弧形为例，光阑片为圆弧形薄片体，其首尾端分别设置凸柱，尾端处的凸柱与固定基板开口处周壁连接，首端处的凸柱伸入驱动环环体上所开的导向槽中，旋转环与固定基板转动配合，旋转驱动环驱使光阑片以尾端凸柱连接处为中心进行摆动。
9.进一步，驱动环的环体直径大于固定基板开口处孔径，且在固定基板上开口处周侧设置环槽，驱动环置于环槽中转动配合，。
10.进一步，还包括驱动装置，驱动装置包括涡轮、蜗杆及电机，涡轮套在驱动环上，涡轮、蜗杆啮合连接，蜗杆与电机的输出轴连接，以电机驱动，涡轮蜗杆传动使驱动环旋转，调节孔径更方便。
11.进一步，还包括晶体生长室及升降设备，晶体生长室位于第二椭球面反射镜的镜内焦点处形成的高温区内，晶体生长室内以原料棒、籽晶配合制晶，以升降设备移动原料棒、籽晶，在晶体生长室内的密闭环境中进行晶体培育，有助提高单晶产品的质量，配合升降设备实现区段式经过高温区实现区熔，以持续性进行晶体培育。
12.进一步，还包括旋转机构，旋转机构设置在升降设备的移动端上，旋转机构、升降设备组成升降旋转装置，第二椭球面反射镜的上下方分别设置第一升降旋转装置、第二升降旋转装置，第二升降旋转装置位于第二椭球面反射镜镜内焦点与镜外焦点之间，位于第二椭球面反射镜上方的旋转机构的输出端与原料棒连接，自第二椭球面反射镜上所开孔口穿过后伸入晶体生长室内，位于第二椭球面反射镜下方的旋转机构的输出端与籽晶连接。
13.旋转机构进一步促使受热均匀，增加旋转机构配合升降设备持续性进行晶体培育，第一、第二升降旋转装置的位置设置目的主要在于尽量避免影响光线传播。
14.进一步，升降设备为丝杠螺母副移位机构，在其螺母副上设置旋转机构，旋转机构为马达电机，马达电机的转轴上设置原料棒或籽晶，螺母副移位提高位移的精确度。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
16.1、本晶体生长装置以单光源配合双椭球型反射镜，并增加光圈遮光机构，以光圈遮光机构调节通光量，实现温度的快速调节，且高温区温度场均呈轴对称分布，温度分布均匀，有助培育高质量晶体。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是新型遮光型光热浮区法晶体生长装置的结构图；
19.图2是光圈遮光机构结构图；
20.图3是光阑片在固定环上安装结构图；
21.图4是光阑片结构图；
22.其中，附图标记为：
23.1、壳体；2、第一椭球面反射镜；3、光圈遮光机构；4、光源；5、第二椭球面反射镜；6、晶体生长室；7、第一升降旋转装置；8、焦点；9、第二升降旋转装置；10、横梁；31、固定基板；32、开口；33、驱动环；34、轴承；35、涡轮；36、蜗杆；37、光阑片；71、升降设备；72、旋转机构。
具体实施方式
24.下文举实施例配合所附图式进行详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本揭
露所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本揭露所涵盖的范围。另外，附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。为使便于理解，下述说明中相同元件或相似元件将以相同的符号标示来说明。
25.另外，在全篇说明书与权利要求范围所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本揭露的描述上额外的引导。
26.于实施方式与申请专利范围中，除非内文中对于冠词有所特别限定，否则『一』与『该』可泛指单一个或多个。而步骤中所使用的编号仅用来标示步骤以便于说明，而非用来限制前后顺序及实施方式。
27.其次，在本文中所使用的用词『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
28.实施例1
29.参考图1，本实施例中新型遮光型光热浮区法晶体生长装置，包括光源4及椭球面反射镜，椭球面反射镜包括纵向上相对固定的第一椭球面反射镜2、第二椭球面反射镜5固定时，将第一椭球面反射镜、第二椭球面反射镜中位于镜外的焦点8重合，在位于下方的第一椭球面反射镜的镜内焦点处布置光源，则光源发光，经第一椭球面反射镜聚焦于镜外焦点，之后分散至第二椭球面反射镜并再次聚焦于镜内焦点处形成高温区，高温区内放置原料棒、籽晶等进行单晶培育，在椭球面结构配合下，高温区温度分布均匀，本实施例中在第一椭球面反射镜聚焦发出的光的前进路径上安装光圈遮光机构，即相机或摄像机调焦用的光圈遮光机构3，改变口径大小调节通光量，继而实现高温区温度均匀变化，本实施例中光圈遮光机构位于镜外焦点上方。
30.本实施例中，光圈遮光机构采用类似相机或摄像机调焦用的光圈装置，如图2所示，包括固定基板31、若干光阑片37及驱动环33，固定基板上开口32以供反射镜聚焦发出的光穿过并在开口处周围间隔均匀安装光阑片，驱动环33驱使若干光阑片移动进行合拢、张开动作以调节开口32处孔径。
31.其中驱动环的环体直径大于开口处直径，驱动环同心式置入在开口处周侧所开的环槽中，以环体将开口处包围，环槽与驱动环环体转动配合，使用时，通过旋转驱动环以移动光阑片进行合拢、张开等动作，如图2所示，为保证转动的流畅度及稳定性，还可在驱动环与开口处周侧槽壁之间安装轴承34，如直接将轴承套在驱动环外环壁上，继而将驱动环嵌入开口处周侧的槽中形成转动配合，当然也可在驱动环外环壁上沿周向开槽，槽内安置滚珠，即以驱动环外环壁上槽为轴承内圈，开口处周侧所开槽的槽壁为轴承外圈，根据需要选择。
32.其中光阑片的结构多样化，如图4所示，左边的双圆弧形，右边的单圆弧形或中间的直线型均可，以双圆弧形为例，如图3所示，光阑片为双圆弧形薄片体，其首尾两端分别成型或嵌入凸柱，尾端处的凸柱与固定基板开口处周壁连接，首端处的凸柱伸入驱动环环体上所开的导向槽(图中未示出)中，旋转驱动环，以导向槽驱使光阑片首端移动，在尾端凸柱限制下，光阑片以尾端凸柱连接处为中心进行摆动，多个光阑片在摆动过程中实现口径大
小的调节，以合拢为例，合拢状态下，光阑片遮挡固定基板开口，使通光口径变小，通光量降低，张开时，光阑片张开使固定基板开口逐渐漏出，通光口径变大，通光量增加，通过调节通光量的大小实现对温度的快速、均匀调节。
33.为方便调节驱动环，还可安装驱动装置，如图2所示，驱动装置包括涡轮35、蜗杆36及电机，涡轮套在驱动环33上，涡轮、蜗杆啮合连接，蜗杆与电机的输出轴连接，以电机驱动，涡轮蜗杆传动实现对驱动环的快速旋转，使用方便，电机可选择安装在固定基板上。
34.至于原料棒、籽晶的安装，如在透光的晶体生长室6内安装，有利于控制环境影响因素，并增加升降设备7以改变晶体生长室内原料棒、籽晶等的位置，实现高温区分段区熔，具体而言，选用透光材质，如石英玻璃制备筒型晶体生长室6，晶体生长室位于第二椭球面反射镜镜内焦点处形成的高温区内，晶体生长室上下方均安装升降设备以移动原料棒、籽晶的位置，如图1所示，上方的升降设备的移动端上安装原料棒，移动原料棒自第二椭球面反射镜尾端中心开孔处伸入晶体生长室内，下方的升降设备移动端上安装籽晶，自晶体生长室筒腔底部开口伸入，当然为提升原料棒及籽晶的受热均匀性，还可在升降设备的移动端上安装旋转机构，在升降过程中不断旋转原料棒、籽晶，如图1所示，升降设备71选用丝杠螺母副移位机构，在螺母副上安装旋转机构，旋转机构为马达电机，在其转轴上安装原料棒或籽晶，以升降设备、旋转机构组成升降旋转装置，使用时选用两套，分别为第一升降旋转装置7、第二升降旋转装置9，第一升降旋转装置位于第二椭球面反射镜的上方，第二升降旋转装置位于第二椭球面反射镜镜外焦点、镜内焦点之间，图1中第二升降旋转装置位于光圈遮光机构与第二椭球面镜内焦点之间。
35.当然，制晶过程中，还可向晶体生长室内输入保护气体等，升降设备还可选用如电推杆、液压或气压伸缩缸等常见升降移位设备。
36.在具体制晶过程中，优选在密闭环境中制备，如图1所示，在密闭的矩形、柱形等壳体1腔中，其中光源4如传统的氙灯，优选采用现在常见激光发生装置，在实施时，在壳体1腔中上下以隔板固定第一、第二椭球面反射镜，第一椭球面反射镜2、第二椭球面反射镜5尾端中心处开孔口，其中第一椭球面反射镜2自孔口处伸入光源4，第二椭球面反射镜5孔口处固定晶体生长室，上方的壳体腔壁上固定第一升降旋转装置7，其旋转机构72的输出端上固定原料棒，以丝杠螺母副移位机构纵向移动旋转机构使晶体生长室内原料棒进行移动，旋转机构转动原料棒，晶体生长室下方安装横梁10，横梁上安装第二升降旋转装置，在旋转机构的输出端上固定籽晶，以丝杠螺母副移位机构纵向移动旋转机构，使籽晶随原料棒移动，旋转机构转动籽晶，光圈遮光机构3位于镜外焦点上方，通过固定基板与壳体壁固定，如在壳体壁上固定支撑杆，使用时，以光圈遮光机构改变口径继而调节通光量，使高温区温度均匀变化。
37.以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。