一种用于碳化硅炉自动调节温场梯度的装置的制作方法

本实用新型涉及碳化硅单晶生长炉领域，特别是涉及一种用于碳化硅炉自动调节温场梯度的装置。

背景技术：

碳化硅单晶晶体作为第三代半导体材料，具有宽禁带、高热导率、高击穿电场、高抗辐射能力等优点，被广泛应用于航空航天、雷达、通讯等领域。碳化硅单晶生长以物理气相沉积法(pvt)为主要生长方式，碳化硅源粉置于一个密闭容器底部，加热至2100-2400℃使其升华，温度梯度的驱动下在容器顶部籽晶处凝华成为碳化硅单晶晶体。

物理气相沉积法(pvt)生长晶体，必须建立一个合适的温场，形成稳定的气相sic从高温到低温的输运流，直接决定碳化硅晶体生长速度，也直接影响晶体位错、相变等缺陷产生，因此碳化硅生长炉稳定的温度梯度对于晶体生长尤为重要。现有碳化硅生长炉采用感应加热方式，主要依靠经验调节感应电源功率以及线圈位置调节，由于保温材料保温性能衰减，经常需要根据实际情况人为调整感应电源功率等，存在风险隐患及实时性等缺点。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于碳化硅炉自动调节温场梯度的装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的解决方案是：

提供一种用于碳化硅炉自动调节温场梯度的装置，包括反应腔室，反应腔室外部设有加热单元，反应腔室内设有热场；还包括温度测量单元、加热单元提升系统和可编程逻辑控制器；

加热单元包含感应线圈与电源，感应线圈设于反应腔室外部，加热单元提升系统与感应线圈和可编程逻辑控制器相连，加热单元提升系统能在可编程逻辑控制器的控制下带动感应线圈沿反应腔室外壁做竖向运动；

温度测量单元包括多个光学温度测量传感器，设于反应腔室的顶部和底部并与可编程逻辑控制器相连。

作为一种改进，反应腔室包括石英筒，石英筒上下端面分别密封安装上下炉盖；上下炉盖中心设有通孔。

作为一种改进，光学温度测量传感器有两个，分别固定于上下炉盖的中心通孔处。

作为一种改进，加热单元的电源为中频电源。

作为一种改进，加热单元提升系统包括传动装置和伺服电机，传动装置包括导轨座，导轨座上沿竖向设有滚珠丝杆；感应线圈通过滑块与滚珠丝杆相连，减速机与滚珠丝杆相连；伺服电机与减速机相连，伺服电机还通过伺服电机驱动器连接可编程逻辑控制器。

本实用新型的原理为：可编程逻辑控制器用于接收光学温度测量传感器反馈信号，将上炉盖光学温度测量传感器采集温度与可编程逻辑控制器预先设置的温度比较，利用特定函数方式pid计算控制中频电源调节输出的中频交变电流，影响感应线圈对热场加热效果，实现热场顶部温度控制；顶部温度恒定后，可编程逻辑控制器比较上下炉盖光学温度测量传感器反馈温度差值，当温度差值超过预先设定值，可编程逻辑控制器按照设定程序向伺服电机驱动器发送指令，伺服驱动器控制伺服电机运动，通过传动装置控制感应线圈移动，改变感应线圈与热场相对位置，从而影响热场纵向温度梯度。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：

可以按照工艺设定要求，自动调整电源输出功率和线圈位置，达到热场顶部温控和纵向温度梯度控制，避免因人为误操作引起风险，同时节省人工成本。

附图说明

图1为碳化硅炉自动调节温度梯度系统结构示意图。

图中的附图标记为：1-加热单元提升系统；11-滚珠丝杆；12-导轨座；13-滑块；14-感应开关；15-减速机；16-伺服电机；17-伺服电机驱动器；21-光学温度测量传感器；22-光学温度测量传感器；3-反应腔室；31-上炉盖；32-石英筒；33-下炉盖；34-热场；4-加热单元；41-感应线圈；42-中频电源；5-可编程逻辑控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型。在阅读了本实用新型之后，其他技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均属于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种用于碳化硅炉自动调节温场梯度的装置，如图1所示，包括反应腔室3，反应腔室3外部设有加热单元4，反应腔室3内设有热场。还包括温度测量单元、加热单元提升系统1和可编程逻辑控制器5。

包括反应腔室3，反应腔室3由石英筒32、上炉盖31、下炉盖33、热场34组成，石英筒32上下面分别密封安装上炉盖31和下炉盖33，热场34底部放置于下炉盖33上平面中心，上炉盖31和下炉盖33中心设有通孔。温度测量单元包括两个光学温度测量传感器21、22，分设于反应腔室3的顶部和底部并与可编程逻辑控制器5相连。加热单元4包含感应线圈41与中频电源42，感应线圈41设于反应腔室3外部，加热单元提升系统1与感应线圈41和可编程逻辑控制器5相连，加热单元4能在可编程逻辑控制器5控制下带动感应线圈41沿反应腔室3外壁做竖向运动。加热单元提升系统1包括传动装置和伺服电机16，传动装置包括导轨座12，导轨座12上沿竖向设有滚珠丝杆11。感应线圈41通过滑块13与滚珠丝杆11相连，减速机15与滚珠丝杆11相连。伺服电机16与减速机15相连，伺服电机16还通过伺服电机驱动器17连接可编程逻辑控制器5。

本实用新型的工作过程为：光学温度测量传感器21将测量温度反馈给可编程逻辑控制器5，并与可编程逻辑控制器5预先设置的温度比较，利用特定函数方式pid计算控制中频电源42输出功率，从而调节感应线圈41对热场34加热效果，实现热场34顶部温度控制。顶部温度恒定后，可编程逻辑控制器实时比较上炉盖光学温度测量传感器21与下炉盖光学温度测量传感器22反馈温度差值，当温度差值超过预先设定值，可编程逻辑控制器5按照设定程序向伺服电机驱动器17发送指令，伺服电机驱动器17控制伺服电机16运动，通过减速机15、导轨座12、滚珠丝杆11、滑块13传动机构实现感应线圈41上下移动，改变感应线圈41与热场34相对位置，从而改变热场34温度梯度，从而实现自动调节温度梯度功能。

本实用新型的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本实用新型构思的所有可能的实施方式。

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