[發(fā)明專利]一種基于力矩平衡的鈮酸鋰晶棒定量生長控制裝置

在審

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• 申請日: 2021-10-30
• 公開（公告）號: CN114150373A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 洪愛俊
• 申請（專利權(quán)）人: 江西師范大學(xué)
• 主分類號: C30B15/28
• 分類號: C30B15/28;C30B29/30
• 代理公司: 南昌華成聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 36126
• 代理人: 張建新

一種基于力矩平衡的鈮酸鋰晶棒定量生長控制裝置，坩堝以及杠桿系統(tǒng)；坩堝內(nèi)裝盛恒定溫度的定量料液；杠桿系統(tǒng)包括工作臺和固定在工作臺上的支座，支座上樞接有杠桿，杠桿的一懸臂端部固定有籽晶桿，另一懸臂上設(shè)置有配重滑塊；工作臺上固定有卡座，杠桿的一端部處于卡座內(nèi)，卡座內(nèi)底部設(shè)置有壓敏電阻，杠桿的一端部壓在壓敏電阻上，壓敏電阻為比較電路的一部分；控制配重滑塊、工作臺位移的程序依據(jù)待生成的晶棒的形狀設(shè)置，比較電路的輸出控制工作臺上升阻斷晶棒生長。本發(fā)明改變了現(xiàn)有技術(shù)的控制方式，通過軟件程序替代了貴重的自動直徑控制系統(tǒng)，坩堝的溫度恒定，同時依據(jù)料液的定量增設(shè)有比較電路，保證了生長的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈮酸鋰晶棒制備領(lǐng)域，具體涉及一種基于力矩平衡的鈮酸鋰晶棒定量生長控制裝置。

背景技術(shù)

LiNbO₃是非線性光學(xué)級晶體，廣泛應(yīng)用于參量振蕩器、倍頻、聲光器件、光學(xué)調(diào)制器。提拉法是目前鈮酸鋰單晶晶棒生長的主流制備方法，先后經(jīng)過引晶縮頸、擴肩、收肩、等徑、收尾、脫離等工藝步驟后制成，是當前的鈮酸鋰晶體的主要生產(chǎn)方式。

提拉法制備過程中，需要在自動直徑控制系統(tǒng)（ADC）的調(diào)控作用下完成，而當下鈮酸鋰晶體一方面朝向高品質(zhì)化方向發(fā)展，如要求單晶內(nèi)部無生長紋，生長紋的存在使得單晶晶棒內(nèi)部存在應(yīng)力，易崩裂而報廢；再一方面基于成本和效率的要求朝向大尺寸化方向發(fā)展，目前工藝所制備的單根晶體均超過20Kg，單根晶棒懸吊在自動直徑控制系統(tǒng)上，自動直徑控制系統(tǒng)通過電子電路測量晶棒的重量，懸吊系統(tǒng)提拉自動直徑控制系統(tǒng)和晶棒向上移動，單晶逐步生長，單晶生長的增量通過自動直徑控制系統(tǒng)實時反應(yīng)，自動直徑控制系統(tǒng)對獲取的重量進行比對，通過控制坩堝內(nèi)料液的溫度對生長進行糾偏。

現(xiàn)有技術(shù)通過自動直徑控制系統(tǒng)（ADC）進行調(diào)控存在以下問題：一方面，目前的自動直徑控制系統(tǒng)系統(tǒng)均采用電子稱為核心部件并配置有復(fù)雜的其他部件，硬件成本高昂，部分精密器件國內(nèi)尚無合格廠家而只能進口，單晶實際生長情況是動態(tài)的且緩慢的，對單晶生長的控制要求自動直徑控制系統(tǒng)具有很高的精度，而在實際中是很難同時滿足大量程和高精度的雙重要求；另一方面，晶棒的生長過程中，對晶棒生長的變徑生長提出了更高的要求以為得到不同形狀的晶棒，或至少在現(xiàn)有技術(shù)下縮頸、擴肩、收肩的環(huán)節(jié)中也存在變徑的要求，目前是通過改變提拉的速度進行控制，但在變速過程中存在加速度的變化進而影響自動直徑控制系統(tǒng)的測量，使得反饋存在誤差，需要待測量穩(wěn)定后才能進行反饋控制，此延遲使得對晶棒的生長控制存在延遲和不穩(wěn)定；再一方面，鈮酸鋰（LiNbO₃）晶棒的析出并不是按化學(xué)式所表述的元素關(guān)系等比例的析出，鈮酸鋰的分子式的關(guān)系可表征為Li_0.9-1NbO₃，隨著生長的進行，剩余料液逐漸渾濁，此時繼續(xù)生長后，晶棒內(nèi)部的生長紋的出現(xiàn)概率大幅度提升，生長紋導(dǎo)致的晶棒內(nèi)存在應(yīng)力，易使得晶棒崩裂報廢。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)背景技術(shù)提出的問題，本發(fā)明提供一種基于力矩平衡的鈮酸鋰晶棒定量生長控制裝置來解決，接下來對本發(fā)明做進一步地闡述。

一種基于力矩平衡的鈮酸鋰晶棒定量生長控制裝置，其特征在于坩堝以及杠桿系統(tǒng)；坩堝內(nèi)裝盛恒定溫度的定量料液；杠桿系統(tǒng)包括工作臺和固定在工作臺上的支座，支座上樞接有杠桿，杠桿的一懸臂端部固定有籽晶桿，籽晶桿懸置于坩堝上方，另一懸臂上設(shè)置有配重滑塊；工作臺上固定有卡座，杠桿的一端部處于卡座內(nèi)，卡座內(nèi)底部設(shè)置有壓敏電阻，杠桿的一端部壓在壓敏電阻上，壓敏電阻為比較電路的一部分；控制配重滑塊、工作臺位移的程序依據(jù)待生成的晶棒的形狀設(shè)置，比較電路的輸出控制工作臺上升阻斷晶棒生長。

可選地，比較電路的光敏電阻R1與電阻R2串聯(lián)在恒定電壓源與接地線之間，光敏電阻R1與電阻R2間的節(jié)點連接比較器C的同相輸入端，比較器C的反相輸入端通過電阻R3連接恒定電壓源，同相輸入端通過電阻R4接地的同時還通過電阻R5連接輸出端，比較器內(nèi)設(shè)有預(yù)設(shè)值，比較器輸出端與接地作為輸出。

作為優(yōu)選地，比較電路的電阻R2為變阻器，改變電阻R2的阻值適應(yīng)不同量的料液。