本實用新型涉及寶石長晶領(lǐng)域，具體地，涉及一種導(dǎo)模法長晶爐。

背景技術(shù)：

藍(lán)寶石英文名稱為Sapphire，源于拉丁文Spphins，屬于剛玉族礦物，三方晶系，是世界上硬度僅次于金剛石的晶體材料，由于其具有高聲速、耐高溫、抗腐蝕、高硬度、高透光性、高熔點等優(yōu)良的物理、機(jī)械和化學(xué)性能，一直是微電子、航空航天、軍工等領(lǐng)域繼續(xù)的材料。

藍(lán)寶石晶體生長方法包括熔體生長、溶液生長、氣相生長和固相生長，其中，世界上主要的熔體生長方法包括晶體提拉法、導(dǎo)模法、熱交換法和泡生法。其中，導(dǎo)模法是提拉法的一種變形，是一種近尺寸成型技術(shù)，即直接從熔體中生長出所需形狀的晶體毛坯。導(dǎo)模法首要的條件是要求模具材料必須能為熔體所潤濕，并且彼此間又不發(fā)生化學(xué)作用，在潤濕角θ滿足0<θ<90°的條件下，使得熔體在毛細(xì)管作用(虹吸現(xiàn)象)下能上升到模具的頂部，并能在頂部的模具截面上擴(kuò)展到模具的邊緣而形成一個薄膜熔體層，通過籽晶與該薄膜熔體層接觸，然后再提拉生長，根據(jù)不同模具能生長出各種片、棒、管、絲以及其他特殊形狀的晶體，具有直接從熔體中控制生長定型晶體的能力。所以，此法生產(chǎn)的產(chǎn)品可免除對寶石晶體加工所帶來的繁重切割、成型的機(jī)械加工程序，同時大大減少了物料的加工損耗，節(jié)省了加工時間，從而大大降低產(chǎn)品成本。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的導(dǎo)模法長晶爐同時生長出晶體的數(shù)量較少(例如6-8片)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)生長寶石晶片的數(shù)量較少的缺陷，提供一種導(dǎo)模法長晶爐。

本實用新型提供了一種導(dǎo)模法長晶爐，其中，所述導(dǎo)模法長晶爐包括模具、坩堝和加熱部件，所述模具設(shè)置在坩堝內(nèi)部，所述加熱部件設(shè)置在所述坩堝的外周，所述模具具有從上到下貫穿的至少一條狹縫，所述模具的高度h為93-97mm，每條狹縫的寬度d為0.6-0.9mm，每條狹縫的長度l為85-95mm。

優(yōu)選地，所述模具的高度h為94-95mm。

優(yōu)選地，每條狹縫的寬度d為0.7-0.8mm。

優(yōu)選地，每條狹縫的長度l為88-92mm。

優(yōu)選地，所述加熱部件為加熱線圈。

優(yōu)選地，所述加熱部件的外周還設(shè)置有保溫層。

優(yōu)選地，所述模具的上方設(shè)置有籽晶桿。

該導(dǎo)模法長晶爐可以同時生長出多片(例如21-24片)晶體，且尺寸較大。

本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本實用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本實用新型，但并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中：

圖1是本實用新型提供的一種實施方式的導(dǎo)模法長晶爐的示意圖；

圖2是本實用新型提供的一種實施方式的模具的示意圖。

附圖標(biāo)記說明

1 模具； 2 坩堝；

3 狹縫； 4 加熱部件。

具體實施方式

以下對本實用新型的具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限制本實用新型。

本實用新型提供了一種導(dǎo)模法長晶爐，其中，如圖1和圖2所示，所述導(dǎo)模法長晶爐包括模具1、坩堝2和加熱部件4，所述模具1設(shè)置在坩堝2內(nèi)部，所述加熱部件4設(shè)置在所述坩堝的外周，所述模具1具有從上到下貫穿的至少一條狹縫3，所述模具1的高度h為93-97mm，每條狹縫3的寬度d為0.6-0.9mm，每條狹縫3的長度l為85-95mm。

本實用新型中，對所述模具1上的狹縫3的個數(shù)沒有特別的限定，圖1和圖2中的模具1上具有三條狹縫3，為了保證生長出的晶體的品質(zhì)，優(yōu)選情況下，所述模具1上具有21-24條狹縫3。

采用本實用新型所述的導(dǎo)模法長晶爐生長晶體時，將物料在坩堝2中通過加熱部件4加熱熔化，并將模具1放置在熔體中，熔體沿著模具1上的狹縫3涌升至模具1頂端，將籽晶浸漬導(dǎo)熔體中，待籽晶表面回熔后，逐漸提拉上引。為了減少位錯和內(nèi)應(yīng)力，可先升高爐溫使晶體長成窄型，過一段時間再進(jìn)行放肩，向上提拉使熔體到達(dá)模具頂部的表面。此時，熔體在模具頂部的截面上擴(kuò)展到邊緣時中止，隨后，再進(jìn)行提拉，可使晶體進(jìn)入等徑生長階段。

本實用新型中，所述坩堝2的材料為耐高溫材料，可以為本領(lǐng)域常規(guī)的選擇，例如，所述坩堝2可以為鉬制坩堝。

本實用新型中，所述模具1的材料為能被熔體所潤濕的材料。

本實用新型中，為了提高導(dǎo)模法生長出的晶體品質(zhì)以及晶體數(shù)量，優(yōu)選情況下，所述模具1的高度h為94-95mm。

本實用新型中，為了提高狹縫3的毛細(xì)作用，優(yōu)選情況下，每條狹縫3的寬度d為0.7-0.8mm。

本實用新型中，為了進(jìn)一步提高導(dǎo)模法長晶效果，優(yōu)選情況下，每條狹縫3的長度l為88-92mm。

在一種實施方式中，所述模具1是一個塊狀的金屬錠，并且在該金屬錠中設(shè)置有從上到下貫穿的至少一條狹縫。

通過本實用新型所述模具生長晶體，可以同時生長出多個晶體，且所述晶體的尺寸較大，晶體品質(zhì)高。

本實用新型中，對所述加熱部件4的選擇沒有特別的限定，可以為本領(lǐng)常規(guī)的選擇，只要能達(dá)到本實用新型的目的即可。優(yōu)選情況下，所述加熱部件4為加熱線圈。

為了將坩堝體系與外界隔開，以保證所述加熱線圈31的加熱效率，所述加熱部件4的外周還設(shè)置有保溫層。所述保溫層可以為本領(lǐng)域常規(guī)的選擇，只要能達(dá)到保溫效果即可，在此不再贅述。

在導(dǎo)模法生長晶體的過程中，在將籽晶浸漬導(dǎo)熔體時，需要有設(shè)備對籽晶進(jìn)行控制，因此，優(yōu)選情況下，所述模具1的上方設(shè)置有籽晶桿。所述籽晶桿用于固定籽晶以及控制籽晶移動。

本實用新型中，所述導(dǎo)模法長晶爐可以與機(jī)械泵連通，以便在長晶進(jìn)行之前對設(shè)備抽真空。

采用本實用新型所述導(dǎo)模法長晶爐進(jìn)行長晶的過程可以包括以下步驟：

a.在實驗開始前必須徹底檢查爐體內(nèi)部是否有異物或雜質(zhì)，因為在晶體生長過程中，爐體內(nèi)的雜質(zhì)或異物會因高溫而造成晶體受到污染，而影響晶 體的質(zhì)量，因此在實驗開始之前，必須將爐體清理干凈，降低雜質(zhì)析出的可能性；

b.關(guān)閉生長設(shè)備的放氣口，打開機(jī)械泵抽氣并升溫加熱，再沖入Ar氣，抽真空是為了防止坩堝2和模具1被氧化，還有防止坩堝材料與其它殘留氣體反應(yīng)生成易揮發(fā)物，影響晶片的質(zhì)量，充入Ar的另一個作用是：起保護(hù)作用，因為在高溫低壓的條件下，熔體易分解和蒸發(fā)；

c.通過加熱部件4開始升溫，升溫要逐級進(jìn)行，待到物料熔化以后，對長晶爐的功率做適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整后十分鐘將籽晶搖下，使籽晶頭據(jù)模具口的位置有4-5毫米的位置進(jìn)行“烤晶”，對籽晶進(jìn)行預(yù)熱，防止熱沖擊，這段時間要密切注意籽晶頭的變化，如果籽晶頭有熔化跡象應(yīng)立即將籽晶搖上，再適當(dāng)調(diào)低溫度等待一段分鐘后再重復(fù)“烤晶”，“烤晶”一段時間后開始通過狹縫3引晶，通過控制籽晶桿，使籽晶頭接觸到熔體表面，如溫度太低引晶時籽晶頭的變化很小或根本沒有變化，此時一定要觀察好，如溫度太低應(yīng)提起籽晶先升溫再重復(fù)引晶(切不可低溫引晶，因為引晶時溫度低，生長出的整根晶體一定會炸裂，同時容易損壞模具)；籽晶與熔體充分熔接，使其成為一體，即完成了引晶過程，溫度偏低或籽晶搖下的太快，模具1就會損壞；溫度過高，籽晶會全部熔化；

d.進(jìn)行縮頸，即使晶體的直徑盡可能縮小(取決于所負(fù)擔(dān)的晶片的質(zhì)量)；縮頸的作用為：減少籽晶中的遺傳缺陷；在縮頸過程中，任何非軸向的位錯都可以被逐步排除掉，用增加提拉速率或稍微升高熔體的溫度來達(dá)到(一定要嚴(yán)格控制溫度的變化，溫度過高，籽晶熔化；溫度太低，縮頸效果不明顯)；

e.縮頸后，調(diào)設(shè)備到低速(3-8mm/h)，開始擴(kuò)肩；擴(kuò)肩是一個緩慢地降溫過程，低速擴(kuò)肩有利于消除位錯和晶粒間界，晶片的寬度和模具口一樣寬即可認(rèn)為是擴(kuò)肩已擴(kuò)滿，擴(kuò)肩角度一般以120度左右為佳；擴(kuò)肩使晶體沿著籽晶從模具中間向兩邊緩慢生長，擴(kuò)肩時允許中部有少量低溫，但不可太低 否則會引起晶體炸裂，溫度太高會拖長生產(chǎn)時間，拉速由慢而快；

f.擴(kuò)肩結(jié)束后，進(jìn)行等徑生長，使溫度稍微升高，防止低溫現(xiàn)象的產(chǎn)生；拉速由慢而快，理論分析表明，V＝0.5mm/min時，是合理的拉速條件，V_max<0.7mm/min；拉速太快，易形成泡狀界面，在波谷之處，易夾生氣體，造成在晶片中產(chǎn)生氣泡；在溫度場穩(wěn)定的情況下，等徑生長時的溫度和拉速可以不變，但在實際生產(chǎn)中，由于各方面的原因，經(jīng)常出現(xiàn)低溫和高溫的現(xiàn)象，低溫時，晶片出現(xiàn)玻璃碎片狀的條紋，嚴(yán)重時，在晶體長到一定長度后，會在低溫處斷裂，這就需要調(diào)高溫度，并降低拉速，以減少條紋的延伸；高溫時，晶片向內(nèi)收縮，直徑減少，這時要降低溫度，減小拉速；在晶體生長過程中，要不時地調(diào)節(jié)溫度的變化，并要求溫度的調(diào)節(jié)與拉速的調(diào)節(jié)要相匹配；

g.晶體生長完畢又完成與坩堝脫離程序后，必須讓晶體在爐體內(nèi)緩慢的降溫冷卻，利用冷卻過程來使晶體進(jìn)行退火，以消除晶體在生長時期內(nèi)部所累積的內(nèi)應(yīng)力，避免所殘留的內(nèi)部應(yīng)力，造成晶體在降溫時因釋放應(yīng)力而產(chǎn)生龜裂；待完成

退火后，關(guān)掉加熱電壓，繼續(xù)冷卻，待完全冷卻后取出晶體。

同時，上述采用本實用新型所述導(dǎo)模法長晶設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)膜法長晶還具有以下優(yōu)點：

(1)生長速度快，可降低功耗；

(2)能夠獲得成分均勻的摻質(zhì)晶體；

(3)易于生長出具有恒定組分的共熔體化合物晶體，從而克服了提拉法生長晶體所發(fā)生的相分離作用；

(4)易于生長出無生長條紋的、光學(xué)均勻性好的晶體。

以上詳細(xì)描述了本實用新型的優(yōu)選實施方式，但是，本實用新型并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本 實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實用新型的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本實用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實用新型所公開的內(nèi)容。