单晶炉等径提拉装置

本实用新型属于恰氏法（Czochralski Method）单晶炉等径提拉生长单晶的一种装置，包括浮力提拉和浮筒式电子秤二部分。

本实用新型已有技术：提拉部分：通常用蜗轮、蜗杆和齿轮等机械结构，缺点是造价高、振动大。中国科学院声学研究所施仲坚的发明专利“浮力提拉单晶炉”（中国专利号ZL85100701），其主要构件为容器、浮箱、微电机、软轴及二维调节导向机构等，该种结构虽然简单和造价低，但提拉的爬行量大。电子秤部分：W.Bardsley提出的上称重法机械式电子秤（J.Crystal Growth  16，〈1972〉227），其缺点是灵敏度低，需精密机械加工。另外，谷天鹏等发表的下称重法浮筒式电子秤（压电与声光  6，〈1979〉，1），主要由浮筒、硅应变片传感器和模拟体等构成，缺点是浮筒的重心高、体积大等。

本实用新型的目的是避免已有技术的不足，设计一种浮力提拉结构与浮筒式电子秤结合在一起的性能优良、造价低廉的单晶炉等径提拉装置。

本实用新型由浮力提拉部分和浮筒式电子秤结合构成。如（图1）所示。浮力提拉部分主要由部件浮体（1）、水箱（2）、拉杆（3）、轴承（4）、水稳压器（6）及支架（12）等构成。水箱（2）是一个环形容器，置于支架（12）上。环形浮体（1）悬浮在水中并与拉杆（3）连接。轴承（4）上、下两个分别位于环形水箱（2）内孔上顶和下底，与轴承（4）配装的拉杆（3）可以上、下运动。水稳压器（6）下方设有进水阀门（7）、出水管（8）和常开阀门（9）， 水稳压器（6）由支杆（5）支持，位于水箱（2）的上方。阀门（10）和（11）分别控制浮体（1）快降和快升用水。浮筒式电子秤属于上称重法电子秤，主要由部件传感器（13）、顶针（14）、盖板（15）、弹簧张片（16）、模拟体（18）、容筒（19）、浮筒（20）、连杆（21）、连接件（22）、液体（23）、框架（24）、微电机（25）和籽晶杆（26）等构成。环形模拟体（18）由拉线（17）挂在支架（12）上。拉杆（3）通过盖板（15）和连接件（22）与容筒（19）连接在一起，使浮力提拉部分和上称重法浮筒式电子秤两者结合起来。容筒（19）中盛着油或水或其他密度较大的适用液体（23）。液体中悬浮着环形浮筒（20）。浮筒（20）与其负载连杆（21）、框架（24）、微电机（25）和籽晶杆（26）依次连接。固定在浮筒（20）上端的顶针（14）与传感器（13）接触。传感器（13）是由半导体硅应变片和弹构成，固定在连接件（22）上，位于液体（23）之外。浮筒（20）由上、下两组弹簧张片（16）分别与连接件（22）和容筒（19）连接，使处于悬浮状态的浮筒（20）只能有微小的上、下位移。

附图图面说明：

图1：本实用新型结构示意图。

1－浮体、2－水箱、3－拉杆、4－轴承、5－支杆、6－水稳压器、7－阀门、8－出水管、9－阀门、10－阀门、11－阀门、12－支架、13－传感器、14－顶针、15－盖板、16－弹簧张片、17－拉线、18－模拟体、19－容筒、20－浮筒、21－连杆、22－连接件、23－液体、24－框架、25－微电机、26－籽晶杆。

本实用新型与已有技术比较，其特点是：（1）、浮力提拉与上称重法浮筒式电子秤二部分结合构成一体，为恰氏法单晶生长提供了一种 “浮拉、浮称”新装置。（2）、在空气气氛下生长单晶，本实用新型浮力提拉部分与已有机械提拉相比，结构简单，振动小，省电能，承载重的上称重法电子秤和增大拉晶行程及增大加热部分的直径都方便易行；与已有的浮力提拉技术相比爬行量小，达到＜1μm。（3）、本实用新型的上称重法浮筒式电子秤稳定性好，体积小，灵敏度高，静态测试可达1000微伏／克。工作液体（23）可用水或密度较大的液体。微电机（25）作为浮筒（20）的负载，微电机旋转带来的噪音信号很弱，克服了上称重法电子秤旋转噪音信号大的问题。

结合附图，通过生长LiNbO₃单晶（φ42mm）的实施例，对本实用新型作进一步说明。

将本实用新型与通常采用的电阻加热炉和精密温度控制装置电气连接。把传感器（13）的半导体硅应变片接入一直流电桥，电桥与加热炉的热电偶串连后接入精密温度控制装置。将微电机线路接入电源。

做好生长单晶的各项准备工作。确认浮筒（20）处于悬浮状态，静态灵敏度在100微伏／克以上。

微电机（25）开始旋转，转速14转／分。开阀门（10），使籽晶下降并恰好接触到温度已选定并稳定好的熔化状态的LiNbO₃，立即关阀门（10）。然后把模拟体（18）下降到与液体（23）的液面刚好接触的位置。使电子秤进入工作状态。开阀门（7）适度进水，多余的水从出水管（8）流走，使水稳压器（6）内的水面高度保持不变，提拉水通过阀门（9）匀速流入水箱（2）中，使浮体（1）匀速上升，即开始提拉，拉速5毫米／时。这样便进入闭环自动控制单晶生长状态。提拉到需要的长度后，关阀门（7）。开阀门（11），使生长出来的单晶迅速上升5毫米，关阀门（11）。并使电子秤退出工作状态。单晶生长过程完毕。