一种观察组件及其MOCVD设备
技术领域
本发明涉及一种气相外延生长技术，特别是涉及一种观察组件及其MOCVD设备。
背景技术
MOCVD是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V主族、Ⅱ-Ⅵ副族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。
目前MOCVD技术已经日趋成熟，其在进行气相外延时，对温度、气压等要求特别严格，目前主要是采用托盘带动衬底高速转动，然后在高温、真空、化学性质活泼的环境中生长，形成付作仔衬底上的一层膜。
在公开号为CN103628040A的中国专利中，公开了一种MOCVD设备和MOCVD加热方法，其指出，通过线圈感应对托盘进行加热的话，由于磁场稀疏分布，这就可能造成托板受热不均匀，也就导致最终成品存在不一致、瑕疵的情况。而在此专利中主要采用将托盘垂直于磁场线进行平移的方式进行解决，在实际应用时，这种方式无疑会大大增加设备结构、也就是增加前期制造成本和后期维护成本，总体来说优势并不突出。
因此，申请人提出一种观察组件及其MOCVD设备，其能够实现在托盘转动的同时还在水平方向上摆动，从而使得托盘不断穿梭于磁场稀疏、密集区，也就使得托板受热均匀，而且还不影响托盘转动，同时结构也比较简单，不会大大增加着成本。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种观察组件及其MOCVD设备。
为实现上述目的，本发明提供了一种观察组件，包括，立板，立板底部与顶盖板装配固定、顶部与第一顶板装配固定，且立板侧面还分别与第二顶板、第三顶板、第四顶板装配固定，从而形成框架结构；
第一顶板与油缸伸缩轴装配固定，第二顶板与第一顶板之间固定有升降电机，升降电机的升降输出轴穿过第二顶板后与升降驱动齿装配固定，升降驱动齿与升降中间齿啮合传动，升降中间齿与升降从动齿啮合传动，所述的升降中间齿安装在升降中间轴上，升降中间轴两端分别与第二顶板、第三顶板可转动装配，升降从动齿设置在升降轴顶部；
升降轴底部穿过第四顶板后与装配环可转动装配，装配环固定在顶盖板上，且升降轴与第四顶板通过螺纹旋合装配；所述的第四顶板与观察柱顶部装配固定。
优选地，所述的第四顶板上还固定有两块第一侧板、两块第二侧板，两块所述的第一侧板分别与绕线轴两端可转动装配，第二侧板与与之靠近的第一侧板分别与导向轴两端可转动装配；
所述的绕线轴一端与第一斜齿轮装配固定，第一斜齿轮与第二斜齿轮啮合传动，第二斜齿轮固定在绕线输出轴一端，绕线输出轴另一端穿过绕线隔板后与绕线电机装配。
优选地，绕线电机固定在绕线托板上，所述的绕线隔板、绕线托板分别与第四顶板装配固定；
绕线轴与拉线一端连接固定，且拉线可缠绕在绕线轴上，拉线另一端绕过导向轴后穿过顶盖、进入吹气通道，然后穿出吹气通道、绕过变向轴后与盖板一侧装配固定。
优选地，所述的观察柱包括顶盖、柱体、底盖，所述的柱体上分别设置有第一通道、第二通道、吹气通道，所述的第一通道、第二通道分别与观察管、探头管密封装配，所述的观察管、探头管靠近底盖一端分别设置有摄像头、拉曼光纤探头，所述的摄像头用于获取托盘上的图像，所述的拉曼光纤探头用于收发拉曼光谱仪的光信号；
所述的吹气通道顶端面通过顶盖密封，且吹气通道顶部通过连接气管与气源连通。
优选地，所述的底盖在于第一通道、第二通道对应处设置有观察通槽、与吹气通道对应处设置有吹气通孔，且底盖上还设置有盖板滑槽、弹簧安装孔；
所述的弹簧安装孔与盖板弹簧一端装配固定，盖板弹簧另一端与盖板内侧贴紧；
所述的变向轴两端分别与盖板滑槽两侧可转动装配，且盖板滑槽与盖板可滑动装配，所述的盖板有两块；
所述的吹气通孔内固定有限位环，所述的限位环底部分别与两块单向阀片一侧装配固定。
一种MOCVD设备，应用有上述观察组件。
优选地，还包括，外壳底板，外壳外壳底板通过外壳侧板与外壳顶板装配固定，外壳顶板上安装有油缸，油缸的油缸伸缩轴穿过外壳顶板与观察组件装配固定；
所述的观察组件底部固定在顶盖板上，所述的顶杆板用于封闭外筒顶部，外筒底部通过底盖板封闭，且外筒内侧安装有内筒，所述的外筒和内桶之间缠绕有线圈，所述的线圈用于通电产生与内筒轴向同向的磁场；
所述的内筒内部由上而下依次设有托盘隔板、离合隔板、动力隔板，所述的托盘隔板上固定有托盘组件，所述的离合隔板上固定有离合组件，所述的动力隔板上固定有动力组件；
所述的内筒内侧、托盘上方还设有喷气隔板，喷气隔板上设置有数个贯穿的喷气通孔，且喷气隔板与喷气管接通；
所述的托盘组件，包括，托盘，托盘底部通过托盘连接柱穿过让位孔后与转子装配固定；转子安装在定子内侧的转子槽内，且转子可在转子槽内转动；
转子上设置有转子驱动孔，转子驱动孔内侧面设置有卡齿，所述的卡齿与驱动齿轮啮合传动。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过托盘组件，实现了托盘在周向转动的同时还在水平面上摆动，从而实现其不断穿梭于不同密度的磁场中，也就能够保证托盘受热均匀，从而保证产品质量。
2、本发明通过观察组件可以实现对衬板、托盘的实时观察、监测，从而保证在反应过程中及时发现异样，保证产品质量。另外还设置有盖板封闭观察通槽，从而实现对观察管和拉曼光纤探头的保护。
3、本发明通过气动组件对运行过程中的气流动力进行回收利用，从而更加节能，而且通过离合组件可以实现动力电机、气马达之间动力的协同，从而在保证托盘转速的前提下降低能耗。
附图说明
图1-图2是MOCVD设备的结构示意图。
图3-图6是观察组件的结构示意图。
图7-图9是反应桶内部结构示意图。
图10-图16是观察柱结构示意图，其中图12为图11中F1处放大图，图14为底盖部分结构示意图。
图17-图20是反应桶内部结构示意图。
图21是转速盘结构示意图。
图22-图23为气动组件结构示意图。
图24-图26为离合组件结构示意图。
图27为动力组件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
参见图1-图27，本实施例为MOCVD设备的优选结构，包括，外壳底板110，外壳外壳底板110通过外壳侧板120与外壳顶板130装配固定，外壳顶板130上安装有油缸510，油缸510的油缸伸缩轴511穿过外壳顶板130与观察组件A装配固定，且油缸510可以通过驱动油缸伸缩轴511在轴向上移动以驱动观察组件A上下移动；
所述的观察组件A底部固定在顶盖板310上，所述的顶杆板310用于封闭外筒210顶部，外筒210底部通过底盖板350封闭，且外筒210内侧安装有内筒220，所述的外筒210和内桶220之间缠绕有线圈230，所述的线圈230用于通电产生与内筒220轴向同向的磁场；
所述的内筒220内部由上而下依次设有托盘隔板320、离合隔板330、动力隔板340，所述的托盘隔板320上固定有托盘组件，所述的离合隔板330上固定有离合组件B，所述的动力隔板340上固定有动力组件。
所述的内筒220内侧、托盘上方还设有喷气隔板410，喷气隔板410上设置有数个贯穿的喷气通孔411，且喷气隔板410与喷气管420接通。使用时，通过喷气管420向托盘上的衬板喷射用于反应的气体，所述的喷气管420位于内筒的部分可以直接采用公开号为CN105420691A的中国专利中公开的喷淋头。
参见图3-图6，所述的观察组件A，包括立板A110，立板A110底部与顶盖板310装配固定、顶部与第一顶板A121装配固定，且立板A110侧面还分别与第二顶板A122、第三顶板A123、第四顶板A124装配固定，从而形成框架结构；
第一顶板A121与油缸伸缩轴511装配固定，第二顶板A122与第一顶板A121之间固定有升降电机A210，升降电机A210的升降输出轴A211穿过第二顶板A122后与升降驱动齿A311装配固定，升降电机可通过驱动升降输出轴A211周向转动以驱动升降驱动齿A311周向转动，升降驱动齿A311与升降中间齿A312啮合传动，升降中间齿A312与升降从动齿A313啮合传动，所述的升降中间齿A312安装在升降中间轴A410上，升降中间轴A410两端分别与第二顶板A122、第三顶板A123可转动装配，升降从动齿A313设置在升降轴A420顶部，可以是直接在升降轴A420上铣出来的齿轮；
升降轴A420底部穿过第四顶板A124后与装配环311可转动装配，装配环311固定在顶盖板310上，且升降轴A420与第四顶板A124通过螺纹旋合装配；
所述的第四顶板A124与观察柱A600顶部装配固定，当升降轴A420周向转动时，可以驱动第四顶板A124上下移动，也就能够驱动观察柱A600上下移动；
所述的第四顶板A124上还固定有两块第一侧板A131、两块第二侧板A132，两块所述的第一侧板A131分别与绕线轴A430两端可转动装配，第二侧板A132与与之靠近的第一侧板A131分别与导向轴A440两端可转动装配；
所述的绕线轴A430一端与第一斜齿轮A321装配固定，第一斜齿轮A321与第二斜齿轮A322啮合传动，第二斜齿轮A322固定在绕线输出轴A221一端，绕线输出轴A221另一端穿过绕线隔板A141后与绕线电机A220装配，绕线电机A220可驱动绕线输出轴A221转动；
绕线电机固定在绕线托板A142上，所述的绕线隔板A141、绕线托板A142分别与第四顶板A124装配固定；
绕线轴A430与拉线A530一端连接固定，且拉线A530可以缠绕在绕线轴A430上，拉线A530另一端绕过导向轴A440后穿过顶盖A610、进入吹气通道A623，然后穿出吹气通道A623、绕过变向轴A540后与盖板A641一侧装配固定；
所述的观察柱A600包括顶盖A610、柱体A620、底盖A630，所述的柱体A620上分别设置有第一通道A621、第二通道A622、吹气通道A623，所述的第一通道A621、第二通道A622分别与观察管A511、探头管A512密封装配，所述的观察管A511、探头管A512靠近底盖A630一端分别设置有摄像头、拉曼光纤探头（拉曼光谱仪探头），所述的摄像头用于获取托盘610上的图像，所述的拉曼光纤探头用于收发拉曼光谱仪的光信号，从而间接推断在衬板上附着的膜的厚度、也检测衬板、托盘610的温度，具体可以参考公开号为CN104947089A的中国专利；
所述的吹气通道A623顶端面通过顶盖密封，且吹气通道A623顶部通过连接气管A520与气源连通，使用时，可以将外部气源引导入吹气通道；拉曼光纤探头可以是拉曼光谱仪的探头，其与拉曼光谱仪通信连接。
参见图11-图16，所述的底盖A630在于第一通道A621、第二通道A622对应处设置有观察通槽A632、与吹气通道A623对应处设置有吹气通孔A631，且底盖A630上还设置有盖板滑槽A633、弹簧安装孔A634；
所述的弹簧安装孔A634与盖板弹簧A642一端装配固定，盖板弹簧A642另一端与盖板A641内侧贴紧；
所述的变向轴A540两端分别与盖板滑槽A633两侧可转动装配，且盖板滑槽A633与盖板A641可滑动装配，所述的盖板A641有两块，初始状态时，两块盖板相互靠近，从而将观察通槽A632封闭，从而保证外部杂质不能进入观察管A511、探头管A512底面。需要打开盖板A641时，绕线电机A220驱动绕线轴转动，从而缠绕拉线A530，从而使得拉线将盖板A641克服盖板弹簧A642弹力移动，直到两块盖板A641完全滑出观察通槽A632，此时就可以通过摄像头进行观察，同时还能通过拉曼光纤探头探测相关数据；
所述的吹气通孔A631内固定有限位环A652，所述的限位环A652底部分别与两块单向阀片A631一侧装配固定。当单向阀片A631底部气流想往上吹时，单向阀片会封闭，防止气流穿过吹气通孔A631。当吹气通道A623内气流吹出时，单向阀片打开，从而使得气流可以对托盘、衬片进行吹扫，以免杂质附着在衬片上，影响检测、观察。当然，是通过摄像头获得的画面判断是否需要进行吹扫。
参见图17-图19，所述的托盘组件，包括，托盘610，托盘610底部通过托盘连接柱611穿过让位孔621后与转子640装配固定；转子640安装在定子630内侧的转子槽631内，且转子640可在转子槽631内转动；
转子640上设置有转子驱动孔641，转子驱动孔641内侧面设置有卡齿，所述的卡齿与驱动齿轮B211啮合传动，从而使得驱动齿轮B211周向转动时可以驱动转子在转子槽内转动、同时转子还在水平面上摆动，从而带动托盘在水平面上摆动，这就实现了是托盘不断穿梭于磁场稀疏区和紧密区，使得托盘610均匀受热；
托盘采用石墨材料或其它导电材料制成，在其转动时会切割磁场，从而在托盘上产生电流，此电流在托盘自身电阻的作用下发热，从而实现间接加热托盘，线圈230通过RF电源供电，可以通过调整供电参数来调整加热参数。具体可以参考公开号为CN103628040A的中国专利。
所述的转子640与转子槽631形成类似于转子发动机的结构，通过驱动齿轮B211的驱动，使得转盘在周向转动的同时还在水平面上摆动，结构简单，而且可靠。寿命长、维修也比较方便。
所述的让位孔621设置在限位板620上，限位板620安装在定子630顶面，从而将转子限制在转子槽631内，定子630固定在托盘隔板320上，让位孔直径大于托盘连接柱，从而使得托盘连接柱不会与让位孔碰撞。
参见图20-图22，驱动齿轮B211固定在驱动轴B210一端，驱动轴B210装入离合筒B1121内，且驱动轴B210与检测通孔822装配固定，从而将检测盘820固定在驱动轴B210上；
检测盘820上还设置有数个均匀分布在其周向上、且贯穿检测盘的检测通槽821，且检测盘820两侧分别设置有发射器811、接收器812，所述的发射器811和接收器812组合成光电计数器；使用时，通过检测检测通槽821通过光电计数器的次数就能够计算出驱动轴B210的转速；
所述的发射器811安装在托盘隔板320底面，所述的接收器812安装在支撑杆321上，支撑杆321与托盘隔板装配固定；
参见图22-图27，所述的离合组件B，包括，第一电磁铁B310、第二电磁铁B320、离合筒B1121、第一离合盘B111、第二离合盘B112，所述的第一离合盘B111、第二离合盘B112通过相互压紧、摩擦的方式咬紧，使得第一离合盘B111、第二离合盘B112可以贴合在一起周向转动；
所述的第一离合盘B111安装在调速轴750一端，调速轴750另一端穿过调速顶盖740后与调速齿轮723装配固定；
所述的第二离合盘B112与离合筒B1121一端装配固定，离合筒B1121内侧与驱动轴B210底部可轴向上移动装配，且离合筒B1121不能与驱动轴B210相对周向转动；
离合筒B112与推力球轴承B120的轴圈装配固定，推力球轴承B120的座圈与连接环B130装配固定，所述的连接环B130与离合隔板330底面之间设置有离合弹簧B140，离合弹簧B140用于产生使第二离合盘B112下移的弹力；
离合筒B1121顶部穿过离合隔板330后与离合驱动板B440可周向转动装配，离合驱动板B440两端分别通过离合驱动杆B330与驱动连接板B431一端装配固定，驱动连接板B431设置在驱动机构上；
驱动机构，包括固定在离合隔板B330上的驱动立板B411，所述的驱动立板B411上分别固定有驱动托板B424，上限位板B421、下限位板B423、复位托板B422，所述的第一电磁铁B310安装在驱动托板B424上，且第一电磁铁B310的第一伸缩轴B311穿过驱动立板B411后与离合开关板B432装配固定，离合开关板B432贴紧在复位托板B422上；初始状态时（图26状态），驱动连接板B431贴紧在复位托板B422上；
所述的上限位板B421、下限位板B423上分别设置有上行程开关B511、下行程开关B512，所述的上行程开关B511、下行程开关B512结构一样，且均设置有触发轴B513，上行程开关B511、下行程开关B512的触发轴B513分别穿过上限位板B421、下限位板B423进入上限位板B421、下限位板B423之间；
初始状态时（图26状态），驱动连接板B431触发行程开关B512的触发轴B513。
所述的驱动连接板B431还与第二伸缩轴B321一端装配固定，第二伸缩轴B321另一端穿过下限位板B423后与第二电磁铁B320装配；
所述的第二电磁铁B320、第一电磁铁B310能分别驱动第二伸缩轴B321、第一伸缩轴B311轴向移动。
需要切断第一离合盘B111与第二离合盘B112直接的贴紧传动时，首先驱动第二电磁铁的第二伸缩轴B321上移，将驱动连接板B431向上移动，从而使得离合驱动板上移，也就带动了第二离合盘B112克服离合弹簧B140的弹力上移，使得第一离合盘B111、第二离合盘B112分离；
而驱动连接板B431触发上行程开关B511后，第一电磁铁B310驱动第一伸缩轴B311带动离合开关板B432移动至驱动连接板B431下方，然后第二电磁铁断电，此时驱动连接板B431通过离合开关板B432卡死，使得第二离合盘与第一离合盘继续分离。
参见图26-图27，所述的动力组件，包括，动力电机710，动力电机710的动力输出轴711一端穿动力隔板340后与第一齿轮721装配固定，第一齿轮721与减速齿环722外侧的外侧卡齿7221啮合并形成齿轮传动结构；
减速齿环722内侧分别设置有内侧卡齿7222和转动筒部分7223，所述的内侧卡齿7222与调速齿轮723啮合并形成齿轮传动结构；
所述的减速齿环722装入齿环内筒731内，齿环内筒731设置在齿环筒730内侧且齿环筒730固定在动力隔板340上，转动筒部分7223与转动轴341可转动装配，转动轴341固定在动力隔板340上，，齿环内筒731顶部通过调速顶盖740封闭。
使用时，动力电机710驱动第一齿轮721转动，从而驱动齿环722转动，齿环722驱动调速齿轮723转动，从而驱动第一离合盘转动，第一离合盘通过第二离合盘驱动驱动轴转动，驱动轴再驱动托盘转动。
参见图22-图23，所述的气动组件C，包括，气马达C310、第一气管C111，第一气管C111一端穿过托盘隔板、另一端与第一换向阀C210的进气口接通，第一换向阀C210的第一排气口、第二排气口分别通过第二气管C112、第三气管C113与第二换向阀C220的第一进气口、气马达C310进气口接通；
第三气管C113通过第四气管C114与气阀C230进口接通、气阀C230出口通过第六气管C116与排气管C118一端接通，排气管C118另一端与废气处理装置、真空泵接通；
第二换向阀C220的第二进气口通过第五管道C115与气马达C310排气口连通、排气口通过第七气管C117与排气管C118一端接通；气马达用于驱动驱动轴转动。
初始状态时，气流通过第一气管进入第三气管，然后驱动气马达C310转动，然后废气通过第五管道、第七管道排出至排气管C118，气阀C230关闭以切断第四气管与第六气管的连通；这是驱动轴正向转动的状态。
当驱动轴反向转动时，第一换向阀将第一气管C111与第二气管接通、切断与第三气管的连通；
第二换向阀C220将第二气管C112与第五气管C115接通，切断与第七气管的接通；气阀C230打开以接通第四气管与第六气管。此时，气流通过第五气管进入气马达，并驱动气马达反向转动，而废气通过第三气管、第四气管、四六气管排放至排气管C118。
由于在使用过程中，真空泵始终对排气管进行抽气，那么气马达就能够在气流作用下转动，当驱动轴转速达到比预设值高100转以上时，离合组件启动，切断第一离合盘与第二离合盘的咬合，从而使得气马达驱动驱动轴转动以节约能源。
当驱动轴转速不大于预设值+50转时，离合组件恢复初始状态，通过动力电机和气马达共同驱动转盘转动，而且此时还能辅助抽气。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
