具体实施方式

附图示出本公开的实施例，且将理解的是，所公开的实施例仅仅是本公开的示例，本公开可以以各种形式实施，因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础且作为表示性的基础用于教导本领域普通技术人员以各种方式实施本公开。

首先说明根据本公开的球罩窗口的制备装置。

参照图1至图4，球罩窗口的制备装置100包括坩埚1、模具2、加热机构3、夹持机构4以及提拉机构5。

坩埚1具有内腔11。内腔11用于盛放制备球罩窗口300的原料200，内腔11在水平面上的投影轮廓涵盖所将要制备的球罩窗口300的外径所形成的圆。在设计中，在水平面的投影视图中，通过球罩窗口300和坩埚1在水平面的投影上，就能方便地确定二者之间的投影轮廓的关系。

在图中所示的示例中，坩埚1的内腔11为圆柱形。采用圆柱形，能够非常方便且准确地确定内腔11的中心(即后述的坩埚1的内腔11的中心线C1)，进而基于中心线C1在将模具2设定在中心线C1的一侧时，能够直接满足模具2的后述的中心线C2到内腔11的中心线C1之间的环绕内腔11的中心线C1的整个面积满足大于球罩窗口300的半球外轮廓的面积，设计和操作简单方便。此外，与坩埚1的内腔11采用非圆柱形相比，坩埚1的圆柱形的内腔11被充分地使用，进而使得坩埚1采用圆柱形的坩埚，在制备相同尺寸的球罩窗口300的情况下，坩埚1在材料使用上小，降低了坩埚1的成本。此外，坩埚1的内腔11采用圆柱形时，基于内腔11的中心线C1，原料200在同一周圈上的径向上的各个位置到内腔11的中心线C1的距离相同，如此使得熔融的原料200在同一周圈上具有相同的径向温度梯度，有利于提高所制备的球罩窗口300的质量。

坩埚1由诸如石墨的高导热性的材料制成。石墨有良好的导热性能，从而使得坩埚1中的原料200能被高效地加热熔融且有利于通过测量坩埚1的外表温度来精确地反映坩埚1的内腔11中的原料200的温度。

模具2放置在坩埚1内。模具2具有狭缝21，狭缝21沿竖直方向D1贯通模具2，狭缝21在模具2底部的开口211连通坩埚1的内腔11，狭缝21在水平面的第一水平方向H1上延伸，模具2具有在与第一水平方向H1垂直的第二水平方向H2上的中心线C2，模具2的中心线C2在第二水平方向H2上的一侧与相面对的坩埚1的内壁12之间的区域在水平面上的投影轮廓涵盖所将要制备的球罩窗口300的外径的形成的圆。狭缝21相对模具2的中心线C2对称布置。

在图1所示的示例中，定位在坩埚1的内腔11中的模具2的中心线C2与坩埚1的内腔11的中心线C1在第二水平方向H2上的距离为所将要制备的球罩窗口300的外半径r。由此，能够确保所制备的球罩窗口300的尺寸接近最终产品尺寸，降低了后期的加工量，提高了生产效率。

在图中所示的示例中，模具2为长方体，模具2的顶面22为正方形，正方形的边长为D，单位为mm，球罩窗口300的最终使用的产品的厚度为d，单位为mm，D＝(d+Δd)×ρ_s/ρ_l，其，ρ_s为原料200的固态密度，ρ_l为原料200的液态密度，Δd为后期加工量，单位为mm，Δd为3mm-5mm；模具2的侧面23为长方形，长方形的高度为H，高度比原料200熔化后的液面高度h高5-10mm。由于考虑了后期的加工量Δd，通过球罩窗口的制备装置100制备出的球罩窗口300接近最终尺寸，提高了生产效率。此外，固态密度和液态密度的设定，充分考虑了原料200的受热和冷缩时体积变化特性(例如原料200采用锗、硅时，锗是热缩冷胀的)对所制备的球罩窗口200的尺寸的影响。

在图2至图4所示的示例中，模具2在底壁设置有沿第一水平方向H1延伸的贯通模具2的凹槽24，凹槽24向上凹入且连通狭缝21。由此原料200熔化后经由底部的凹槽24进入狭缝21并向上流动到模具2的顶面22。当然不限于此，在其它实施例中，模具2的侧面23设置有连通孔(未示出)，连通孔连通狭缝21和坩埚1的内腔11。

模具2由诸如石墨的高导热性的材料制成。石墨有良好的导热性能，从而使得处于狭缝21中的熔融的原料200的温度与坩埚1的内腔11中的原料200的温度保持一致。此外，石墨具有良好的加工性能，便于狭缝21的制备。

加热机构3围绕坩埚1设置，用于加热并熔化坩埚1中盛放的原料200。例如，加热机构3采用感应加热方式。再例如，加热机构采用电阻加热方式。

夹持机构4用于夹持籽晶400。在一实施例中，夹持机构为径向能够弹性伸缩的套管，利用套管的弹性伸缩特性，将籽晶400牢固地把持。在另一实施例中，夹持机构4为机械手，机械手设置有多个手指，手指抓住籽晶400以夹持籽晶400。

提拉机构5连接于夹持机构4，能够水平平移、竖直平移以及旋转，以使夹持机构4夹持的籽晶400在模具2的狭缝21处引晶、并同时进行水平平移、竖直平移以及旋转，水平平移的方向为第二水平方向H2，竖直平移的方向为垂直于水平面的竖直方向D1，旋转围绕籽晶400的自身轴线在水平面内进行。

在图1所示的示例中，提拉机构5包括水平面旋转机构51、第二水平方向平移机构52以及竖直方向平移机构53。水平面旋转机构51连接于夹持机构4，水平面旋转机构51能够带动夹持机构4连同籽晶400围绕籽晶400的自身轴线在水平面内旋转。第二水平方向平移机构52连接于水平面旋转机构51，第二水平方向平移机构52能够带动水平面旋转机构51连同夹持机构4和籽晶400在第二水平方向H2上往复平移。竖直方向平移机构53连接于第二水平方向平移机构52，竖直方向平移机构53能够带动第二水平方向平移机构52连同水平面旋转机构51、夹持机构4和和籽晶400在竖直方向D1上往复平移。

在图1所示的示例中，水平面旋转机构51包括旋转轴511和座体512，旋转轴511能够在水平面内旋转且端部固定连接于夹持机构4。第二水平方向平移机构52包括第一缸体521和第一活塞522，第一活塞522能够在第二水平方向H2上出入第一缸体521，且第一活塞522固定连接于水平面旋转机构51的座体512。竖直方向平移机构53包括第二缸体531和第二活塞532，第二活塞532能够在竖直方向D1上出入第二缸体531，第二活塞532固定连接于第二水平方向平移机构52的第二缸体521。夹持机构4连接于旋转轴511。在一些实施例中，水平面旋转机构51为电机。

在图未示出的其它示例中，第二水平方向平移机构52和竖直方向平移机构53互换。

如图所示，球罩窗口的制备装置100还包括机架6，提拉机构5固定于机架6。在图中，机架6为门字形。

在一些实施例中，提拉机构5的水平平移的速度为V_H，V_H的单位为mm/h，提拉机构5的竖直向上平移的提拉高度为y，y的单位为mm，其中，V_H＝r(r-y)(2ry-y²)^-1/2。r为将要制备的球罩窗口300的外半径。通过建立V_H＝r(r-y)(2ry-y²)^-1/2，确保获得的球罩窗口300的尺寸接近最终尺寸。在一些实施例中，球罩窗口的制备装置100还包括光栅尺(未示出)，光栅尺用于读取提拉机构5的竖直向上平移的提拉高度y。

在一些实施例中，提拉机构5的竖直向上平移的提拉速度V_V，V_V的单位为mm/h，V_V/w≤15mm。过高的竖直向上平移的提拉速度会造成液膜脱离，无法获得球罩窗口。

在一些实施例中，提拉机构5的旋转速度为w，w为0.05rpm-1rpm。过慢的旋转速度会降低球罩制备速度，过快的旋转速度造成液膜脱离、气泡产生。

在球罩窗口的制备装置100中，加热机构3、提拉机构5均由控制机构(未示出)来控制。当夹持机构4采用机械手时，机械手也通信连接于控制击鼓。控制机构可以是计算机。

其次，说明根据本公开的球罩窗口的制备方法。

球罩窗口的制备包括步骤：将模具2放置在坩埚1内，将原料200置于坩埚1内并使原料200熔融；夹持机构4夹持籽晶400；提拉机构5驱动以使使夹持机构4夹持的籽晶400到达模具2的狭缝21处并在模具2的狭缝21处引晶，引晶完成后提拉机构5同时进行单向水平平移、单向竖直向上平移以及旋转，以进行球罩窗口300的制备，待球罩窗口300的高度长到规定的外半径时，拉脱球罩窗口300，并停止提拉机构5。

在一些实施例中，拉脱通过提拉机构5的单向竖直向上平移的速度突然加速变速来实现。

最后，给出测试例。

实施例1

采用图1至图4的球罩窗口的制备装置100以及布局方式。

原料200为锗料，锗料的固态密度ρ_s为5.33g/cm³、液态密度ρ_l为5.51g/cm³；坩埚1的内腔11为圆柱形，内腔11的直径为180mm，坩埚1采用石墨材料制成；模具2为长方体，顶面22为正方形，正方形的边长D为8.7mm，侧面23为长方形，长方形的高度H为110mm；模具2装在距离坩埚11的中心线C1为45mm的位置(即r＝45mm)；球罩窗口300的最终使用的产品的厚度5mm(即d＝5mm)，后期加工量Δd＝4mm，满足D＝(d+Δd)×ρ_s/ρ_l，所要制备的球罩窗口300的外半径为45mm(即r＝45mm)；14kg锗原料放入坩埚1中，化料后原料200的液面高度为100mm，即模具2的侧面的长方形的高度H高于液面高度10mm。

升温融化原料200，由计算机控制提拉机构5驱动以使使夹持机构4夹持的籽晶400到达模具2的狭缝21处并在模具2的狭缝21处引晶，引晶完成后提拉机构5同时进行单向水平平移、单向竖直向上平移以及旋转，以进行球罩窗口300的制备，其中，旋转速度w为1rpm，水平平移速度为V_H＝45(45-y)(90y-y²)^-1/2，提拉高度y(单位为mm)通过光栅尺读出，并由计算机控制，竖直向上平移的提拉速度为15mm/h，待球罩窗口300长到45mm高时，单向竖直向上平移的速度突然加速变速拉脱球罩窗口300，自然降温取出，得到半球形的球罩窗口300毛坯。

所制备得到的球罩窗口300无开裂、多晶、无气泡。

实施例2

采用图1至图4的球罩窗口的制备装置100以及布局方式。

原料200为硅料，硅料的固态密度ρ_s为2.33g/cm³、液态密度ρ_l为2.53g/cm³；坩埚1的内腔11为圆柱形，内腔11的直径为250mm，坩埚1采用石墨材料制成；模具2为长方体，顶面22为正方形，正方形的边长D为12.9mm，侧面23为长方形，长方形的高度H为100mm；模具2装在距离坩埚11的中心线C1为60mm的位置(即r＝60mm)；球罩窗口300的最终使用的产品的厚度10mm(即d＝10mm)，后期加工量Δd＝4mm，满足D＝(d+Δd)×ρ_s/ρ_l，所要制备的球罩窗口300的外半径为60mm(即r＝60mm)；10.9kg硅原料放入坩埚1中，化料后原料200的液面高度为95mm，即模具2的侧面的长方形的高度H高于液面高度5mm。

升温融化原料200，由计算机控制提拉机构5驱动以使使夹持机构4夹持的籽晶400到达模具2的狭缝21处并在模具2的狭缝21处引晶，引晶完成后提拉机构5同时进行单向水平平移、单向竖直向上平移以及旋转，以进行球罩窗口300的制备，其中，旋转速度w为0.1rpm，水平平移速度为V_H＝60(60-y)(120y-y²)^-1/2，提拉高度y(单位为mm)通过光栅尺读出，并由计算机控制，竖直向上平移的提拉速度为1mm/h，待球罩窗口300长到60mm高时，单向竖直向上平移的速度突然加速变速拉脱球罩窗口300，自然降温取出，得到半球形的球罩窗口300毛坯。

所制备得到的球罩窗口300无开裂、多晶、无气泡。

对比例1

除了竖直向上平移的提拉速度为20mm/h，其余同实施例1。

球罩窗口300的晶体生长过程中发现，无法获得连续球罩窗口300，球罩窗口300呈弹簧状不连贯。

对比例2

除了V_H＝45(45-y)(90y-y²)^-1/2外(即V_H不满足V_H＝r(r-y)(2ry-y²)^-1/2)，其余同实施例2。

得到的球罩窗口300在毛坯曲率上不符合球形曲率、呈圆锥状。

由此可见，采用本公开的球罩窗口的制备装置及制备方法，能够制备得到尺寸接近最终产品尺寸的球罩窗口，只需对所制备的球罩窗口进行少量的加工量的加工，就能获得最终尺寸的球罩窗口，尤其是超硬或加工昂贵的球罩窗口的材料，由此降低了球罩窗口的加工成本，提高了生产效率，有利于规模化生产。此外，所制备得到的球罩窗口无开裂、多晶、无气泡。

采用上面详细的说明描述多个示范性实施例，但本文不意欲限制到明确公开的组合。因此，除非另有说明，本文所公开的各种特征可以组合在一起而形成出于简明目的而未示出的多个另外组合。