一种晶体生长炉炉温全场标定的装置及方法

本发明属于人工晶体生长温度测量设备，具体涉及一种晶体生长炉炉温全场标定的装置及方法。

背景技术：

1、在晶体生长过程中，晶体生长炉的炉温是晶体生长成功与否的重要因素，而在晶体生长炉使用过程中常常因硅钼棒更换、保温材料更换、以及漏埚等因素影响晶体生长炉的温场。精确地测定晶体生长炉的炉温就显得十分重要。

2、传统的晶体生长炉的炉温测定方法是，通过晶体生长炉上开的多个固定位置的测温孔，插入热电偶测得的。这种方法主要存在以下几个问题：

3、一、由于受到晶体生长炉所开的测温孔数量的限制，所能获得的温度测量点有限，从而无法获得晶体生长炉内全面且连续的温度场分布值。

4、二、传统测温法需要用到多根测温热电偶，测温成本高，而且所有热电偶均需进行温度标定，否则不同热电偶之间的测量精度差异将导致晶体生长炉炉温标定失真。

5、三、传统测温法在晶体生长炉上开的测温孔会影响炉内的气流流动，从而对炉内的温场造成影响。

6、为了避免由于晶体生长炉测温点少且不连续、热电偶间测量误差所导致的无法准确对晶体生长炉进行温场标定的问题，避免由于炉温标定错误而影响晶体生长，如何对现有的晶体生长炉测温装置和方法进行改进，设计出能完全标定晶体生长炉全场炉温的装置及方法成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种晶体生长炉炉温全场标定的装置及方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明能够解决现有晶体生长炉测温时测温点少且不连续、测温误差大的问题，有效测量晶体生长炉内全面且连续的炉温分布，以达到获得晶体生长炉全温场测量的目的，为晶体生长提供保障。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种晶体生长炉炉温全场标定的装置，包括升降组块、旋转组块和测温组块，测温时，所述升降组块与旋转组块连接，所述测温组块置于旋转组块上；

4、其中，所述旋转组块包括载物平台，载物平台上装配有调节螺丝和水平位置标尺，所述测温组块包括热电偶支撑杆和置于热电偶支撑杆内部的热电偶，所述热电偶支撑杆上设置有垂直位置标尺，所述热电偶支撑杆置于所述载物平台上。

5、进一步地，所述热电偶通过热电偶固定夹头安装于热电偶支撑杆内部。

6、进一步地，所述升降组块包括升降电机、升降台架、升降丝杠、升降导轨和升降平台；

7、所述升降丝杠的一端穿过升降台架与升降电机连接，升降台架沿高度方向装设有升降导轨，升降导轨与升降平台滑动连接，升降平台上开设有螺纹孔，升降丝杠的另一端穿过螺纹孔与升降平台螺纹连接。

8、进一步地，所述旋转组块还包括旋转电机，旋转电机固定设置在所述升降平台上，旋转电机通过丝杠连接至所述载物平台。

9、进一步地，所述旋转组块的中心与晶体生长炉的中心同轴。

10、进一步地，所述载物平台的截面形状为圆形。

11、一种晶体生长炉炉温全场标定的方法，包括以下步骤：

12、步骤一：将固定有热电偶的热电偶支撑杆放置于载物平台上，通过载物平台表面的水平位置标尺确定热电偶测量端的水平位置；

13、步骤二：通过升降组块将测温组块升入晶体生长炉内，通过热电偶支撑杆上的垂直位置标尺和热电偶的长度计算出热电偶在晶体生长炉内的垂直位置；

14、步骤三：调节热电偶支撑杆在载物平台上的位置，进行炉温测量，获得晶体生长炉该初始位置处的炉温数值；

15、步骤四：调节旋转组块，将热电偶放置于平台上的任意位置，逐次进行炉温测量，获得晶体生长炉内该水平高度处的该位置旋转一周的炉温值；

16、步骤五：调节调节螺丝，将热电偶放置于距离炉体中心不同的径向位置，重复步骤三和步骤四，获得晶体生长炉该水平面内任一点的炉温值；

17、步骤六：调节升降组块，将热电偶放置于晶体生长炉内不同高度的水平面，重复步骤三、步骤四和步骤五，获得晶体生长炉内任意位置的炉温值，全场标定完成。

18、进一步地，所述步骤五中，通过调节调节螺丝，使得热电偶支撑杆沿载物平台的直径方向移动，将热电偶放置于距离炉体中心不同的径向位置。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

20、本发明设计的一种晶体生长炉炉温全场标定的装置，包括三个部分：升降组块，旋转组块，测温组块。旋转组块包括装配有调节螺丝和水平位置标尺的载物平台，测温组块包括设置有垂直位置标尺的热电偶支撑杆和热电偶。通过调节升降组块并观察热电偶支撑杆上的垂直位置标尺可以将热电偶放置于炉内不同高度的平面；通过调节旋转组块中载物平台上的调节螺丝，可以将热电偶放置于距离炉体中心不同的径向位置；通过旋转组块可以将热电偶绕晶体生长炉中心进行旋转，置于该位置周向的任意位置。因此，基于本发明所述装置，通过测温组块、旋转组块以及升降组块三者的配合，最终可以将热电偶放置于晶体生长炉内的任意位置进行测温，实现对晶体生长炉进行全面且连续测温的目的。本发明克服了传统测温装置只能测量晶体生长炉内少量位置的温度，无法准确掌握晶体生长炉温场的问题，实现全温场覆盖测量，为晶体生长提供保障。

21、进一步地，本发明只需要设置一根测温热电偶即可完成对炉体温度的测量，无需对不同测温热电偶进行温度标定，即降低了测量成本的同时，也解决了传统测温法测温时，因不同热电偶之间的测量误差而影响炉体测温的准确性的问题。

22、进一步地，本发明不需要在炉体上开测温孔，解决了传统测温孔插热电偶测温时对炉体温场扰动的问题。

技术特征：

1.一种晶体生长炉炉温全场标定的装置，其特征在于，包括升降组块、旋转组块和测温组块，测温时，所述升降组块与旋转组块连接，所述测温组块置于旋转组块上；

2.根据权利要求1所述的一种晶体生长炉炉温全场标定的装置，其特征在于，所述热电偶(13)通过热电偶固定夹头(11)安装于热电偶支撑杆(10)内部。

3.根据权利要求1所述的一种晶体生长炉炉温全场标定的装置，其特征在于，所述升降组块包括升降电机(1)、升降台架(2)、升降丝杠(3)、升降导轨(4)和升降平台(5)；

4.根据权利要求3所述的一种晶体生长炉炉温全场标定的装置，其特征在于，所述旋转组块还包括旋转电机(6)，旋转电机(6)固定设置在所述升降平台(5)上，旋转电机(6)通过丝杠连接至所述载物平台(9)。

5.根据权利要求1所述的一种晶体生长炉炉温全场标定的装置，其特征在于，所述旋转组块的中心与晶体生长炉(14)的中心同轴。

6.根据权利要求1所述的一种晶体生长炉炉温全场标定的装置，其特征在于，所述载物平台(9)的截面形状为圆形。

7.一种晶体生长炉炉温全场标定的方法，采用权利要求1-6任一项所述的一种晶体生长炉炉温全场标定的装置，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种晶体生长炉炉温全场标定的方法，其特征在于，所述步骤五中，通过调节调节螺丝(7)，使得热电偶支撑杆(10)沿载物平台(9)的直径方向移动，将热电偶(13)放置于距离炉体中心不同的径向位置。

技术总结
本发明公开了一种晶体生长炉炉温全场标定的装置及方法，包括升降组块、旋转组块和测温组块，测温时，所述升降组块与旋转组块连接，所述测温组块置于旋转组块上；所述旋转组块包括载物平台，载物平台上装配有调节螺丝和水平位置标尺，所述测温组块包括热电偶支撑杆和置于热电偶支撑杆内部的热电偶，所述热电偶支撑杆上设置有垂直位置标尺，所述热电偶支撑杆置于所述载物平台上。本发明能够解决现有晶体生长炉测温时测温点少且不连续、测温误差大的问题，有效测量晶体生长炉内全面且连续的炉温分布，以达到获得晶体生长炉全温场测量的目的，为晶体生长提供保障。

技术研发人员：郭海生,宋克鑫,徐卓,李飞,马明,庄永勇,栾鹏
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29