[發明專利]一種基于力矩平衡的鈮酸鋰晶棒定量生長控制裝置

在審

• 申請號: 202111278210.3
• 申請日: 2021-10-30
• 公開（公告）號: CN114150373A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 洪愛俊
• 申請（專利權）人: 江西師范大學
• 主分類號: C30B15/28
• 分類號: C30B15/28;C30B29/30
• 代理公司: 南昌華成聯合知識產權代理事務所(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；坩堝內裝盛恒定溫度的定量料液；杠桿系統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，卡座內底部設置有壓敏電阻，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待生成的晶棒的形狀設置，比較電路的輸出控制工作臺上升阻斷晶棒生長。本發明改變了現有技術的控制方式，通過軟件程序替代了貴重的自動直徑控制系統，坩堝的溫度恒定，同時依據料液的定量增設有比較電路，保證了生長的可靠性。

技術領域

本發明涉及鈮酸鋰晶棒制備領域，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

LiNbO₃是非線性光學級晶體，廣泛應用于參量振蕩器、倍頻、聲光器件、光學調制器。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方式。

提拉法制備過程中，需要在自動直徑控制系統（ADC）的調控作用下完成，而當下鈮酸鋰晶體一方面朝向高品質化方向發展，如要求單晶內部無生長紋，生長紋的存在使得單晶晶棒內部存在應力，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上，自動直徑控制系統通過電子電路測量晶棒的重量，懸吊系統提拉自動直徑控制系統和晶棒向上移動，單晶逐步生長，單晶生長的增量通過自動直徑控制系統實時反應，自動直徑控制系統對獲取的重量進行比對，通過控制坩堝內料液的溫度對生長進行糾偏。

現有技術通過自動直徑控制系統（ADC）進行調控存在以下問題：一方面，目前的自動直徑控制系統系統均采用電子稱為核心部件并配置有復雜的其他部件，硬件成本高昂，部分精密器件國內尚無合格廠家而只能進口，單晶實際生長情況是動態的且緩慢的，對單晶生長的控制要求自動直徑控制系統具有很高的精度，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，或至少在現有技術下縮頸、擴肩、收肩的環節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的測量，使得反饋存在誤差，需要待測量穩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定；再一方面，鈮酸鋰（LiNbO₃）晶棒的析出并不是按化學式所表述的元素關系等比例的析出，鈮酸鋰的分子式的關系可表征為Li_0.9-1NbO₃，隨著生長的進行，剩余料液逐漸渾濁，此時繼續生長后，晶棒內部的生長紋的出現概率大幅度提升，生長紋導致的晶棒內存在應力，易使得晶棒崩裂報廢。

發明內容

根據背景技術提出的問題，本發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；坩堝內裝盛恒定溫度的定量料液；杠桿系統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，卡座內底部設置有壓敏電阻，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待生成的晶棒的形狀設置，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串聯在恒定電壓源與接地線之間，光敏電阻R1與電阻R2間的節點連接比較器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，比較器內設有預設值，比較器輸出端與接地作為輸出。

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