一种新型石墨加热器

1.本实用新型属于晶体生长领域，涉及加热器，尤其涉及一种新型石墨加热器，保证热场同轴平衡，提高能量利用率。


背景技术：

2.碳化硅晶体生长最主流的方法是采用物理气相法进行，这种生长方法所需的轴向温度梯度就是底部温度高，上面温度低。这样气氛在梯度的动力下才会到籽晶表明沉积并结晶。对于晶体生长所需的径向温度梯度就是中心低，边缘高。
3.目前，大于2000℃的高温长晶所用的加热器主要有两种，一种是电阻加热器，一种是电感加热器。一般情况下，传统的电感加热器采用的都是螺旋式的铜线圈设计。采用这种设计在使用的时候需要在线圈里面通入冷却水，而且由于螺旋式的原因，这种加热器形成的热场都是偏离中心，互相叠加起来的总热场是倾斜的。严格来说，这种不对称的加热器不利于生长的晶体，特别是用在对称性的热场中来生长晶体。而且对于特定热场所需的轴向温度梯度，传统的电感加热只能依靠线圈整体效应，无法做到某一特定范围内的精准调控。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种新型石墨加热器，该加热器采用导电良好的石墨作为加热线圈的材料，采用相互平行且相互独立的单匝加热线圈作为基准单元，确保了叠加后的总热场是同轴平衡的。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种新型石墨加热器，包括多个相互独立的加热线圈，多个所述加热线圈同轴心，且单个加热线圈所在平面与轴心垂直设置，多个所述加热线圈形成的热场用于坩埚的加热与放置，相邻的加热线圈之间设有用于支撑的固定件。
7.作为本实用新型的一种优选方案，多个所述加热线圈相互平行。
8.作为本实用新型的一种优选方案，相邻的加热线圈之间的间距为10-35mm。
9.作为本实用新型的一种优选方案，相邻的加热线圈之间的间距为15-30mm。
10.作为本实用新型的一种优选方案，加热线圈的匝数为8-15匝。
11.作为本实用新型的一种优选方案，所述加热线圈的端部设置有与电源连接的支脚。
12.作为本实用新型的一种优选方案，加热线圈接入相互独立的同频电流。
13.作为本实用新型的一种优选方案，所述固定件为石墨硬毡。该石墨硬毡可以是独立设置的，也可以是一体化设置的。
14.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
15.本实用新型采用互相平行且相互独立的单匝加热线圈作为基准单元，每一匝加热线圈都是同轴心且互相平行的，这样确保了叠加后的总热场是是同轴平衡的，而且每一匝加热线圈都是独立控制并且接入互相独立的同频电流，这样可以根据特定实验所需的热场
梯度通过独立控制每一匝加热线圈的电流而达到相应热场条件。而且由于是石墨线圈，加热线圈无需水冷，不仅制作工艺的难度降低，而且线圈上面的产出的热量也可以作为热源供给给整个热场，提高能量利用率。
附图说明
16.图1是本实用新型的示意图。
17.图2是图1的侧视图。
18.图中，1.加热线圈；2.石墨硬毡；3.支脚。
具体实施方式
19.为进一步了解本实用新型的内容，结合附图及实施例对本实用新型作详细描述。
20.下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。本实用新型中所述的第一、第二等词语，是为了描述本实用新型的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本实用新型的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。同一实施例中的多个技术方案，以及不同实施例的多个技术方案之间，可进行排列组合形成新的不存在矛盾或冲突的技术方案，均在本实用新型要求保护的范围内。
21.参见图1与图2，本实用新型提供的石墨加热器，包括多个相互平行且相互独立的加热线圈1，多个加热线圈1形成的空腔用于放置坩埚，并形成热场，该热场同轴平衡，分布更均匀。
22.加热线圈1之间用圆柱形的石墨硬毡3固定。相邻的加热线圈1之间的间距为15-30mm，根据实际使用选择，加热线圈1的匝数为8-15匝。
23.加热线圈1的端部设有与电源相连的支脚2，由于加热线圈1相互平行且相互独立，故可接入互相独立的同频电流，以便于单独控制，这样可以根据特定实验所需的热场梯度通过独立控制每匝线圈的电流而达到相应热场条件。
24.实施例1
25.本实施例公开的新型石墨加热器，具体使用的时候，加热器周围配备适当的保温措施，整体放入真空腔体内或者充有惰性气体的腔体内。根据所需的热场条件，选择相应的线圈控制其电流的独立输入，考虑到电场叠加作用，电流须采用同频电流。
26.相邻加热线圈的距离为20mm，加热线圈的匝数为10匝。
27.本实施例的新型石墨加热器在pvt法中的应用：
28.由于pvt法中底部粉料区的温度高，顶部籽晶区的温度低，所以在采用该石墨加热器的时候，在线圈上半部分可以通过采用减小电流的方式(所有线圈频率不变，但上部线圈电流小，底部线圈电流大)减小上部区域的温度或者通过间隔式通入电流的方式(所有线圈频率不变，电流大小不变，但是上半部分是间隔性通入电流)。这样可以相比于传统加热器可以更为精准的控制炉体内的热场梯度。
29.以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。


技术特征：
1.一种新型石墨加热器，其特征在于，包括多个相互独立的加热线圈，多个所述加热线圈同轴心，且单个加热线圈所在平面与轴心垂直设置，多个所述加热线圈形成的热场用于坩埚的加热与放置，相邻的加热线圈之间设有用于支撑的固定件。2.根据权利要求1所述的一种新型石墨加热器，其特征在于，多个所述加热线圈相互平行。3.根据权利要求1所述的一种新型石墨加热器，其特征在于，相邻的加热线圈之间的间距为10-35mm。4.根据权利要求3所述的一种新型石墨加热器，其特征在于，相邻的加热线圈之间的间距为15-30mm。5.根据权利要求1所述的一种新型石墨加热器，其特征在于，加热线圈的匝数为8-15匝。6.根据权利要求1所述的一种新型石墨加热器，其特征在于，所述加热线圈的端部设置有与电源连接的支脚。7.根据权利要求1或6所述的一种新型石墨加热器，其特征在于，加热线圈接入相互独立的同频电流。8.根据权利要求1所述的一种新型石墨加热器，其特征在于，所述固定件为石墨硬毡。

技术总结
本实用新型公开了一种新型石墨加热器，包括多个相互独立的加热线圈，多个所述加热线圈同轴心，且单个加热线圈所在平面与轴心垂直设置，多个所述加热线圈形成的热场用于坩埚的加热与放置，相邻的加热线圈之间设有用于支撑的固定件。本实用新型采用互相平行且相互独立的单匝加热线圈作为基准单元，这样不仅热场更均匀，而且可以根据实验所需的热场梯度可以进行局部范围的精准调控，达到所需的效果，而且由于是石墨线圈，此感应加热器无需水冷，制作工艺的难度大大降低。艺的难度大大降低。艺的难度大大降低。


技术研发人员：王亚哲 徐所成 皮孝东 陈鹏磊 姚秋鹏 程周鹏
受保护的技术使用者：浙江大学杭州国际科创中心
技术研发日：2022.06.29
技术公布日：2023/1/16