多坩堝三維藍(lán)寶石單晶生長裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種生長裝置，尤其是一種多坩禍三維藍(lán)寶石單晶生長裝置，屬于晶體制備的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)寶石晶體化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，一般不溶于水和不受酸、堿腐蝕，只有在較高溫下(300°C)可為氫氟酸、磷酸和熔化的氫氧化鉀所侵蝕。藍(lán)寶石晶體硬度很高，為莫氏硬度9級，僅次于最硬的金剛石。它具有很好的透光性，熱傳導(dǎo)性和電氣絕緣性，力學(xué)機(jī)械性能好，并且具有耐磨和抗風(fēng)蝕的特點(diǎn)。藍(lán)寶石晶體的熔點(diǎn)為2050°C，沸點(diǎn)3500°C，最高工作溫度可達(dá)1900°C。因此，藍(lán)寶石作為一種重要的技術(shù)晶體，已被廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)、國防與民用工業(yè)的許多領(lǐng)域。目前藍(lán)寶石襯底作為LED領(lǐng)域的關(guān)鍵材料，其大尺寸、高質(zhì)量、高利用率已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的困難和目標(biāo)。
[0003]藍(lán)寶石晶體從熔體中生長的生長方式，由于其具有生長速率快，純度高和晶體完整性好等特點(diǎn)，因而成為制備大尺寸和特定形狀晶體的最常用的晶體生長方式。
[0004]藍(lán)寶石晶體材料的生長方法目前已有很多種方法，主要有:泡生法、導(dǎo)模法、熱交換法、提拉法、坩禍下降法等。
[0005]傳統(tǒng)的藍(lán)寶石晶體生長方法多采用a向籽晶長晶，由于LED領(lǐng)域大多使用c向晶片作襯底，則獲得的晶體需要進(jìn)行掏棒、切片、拋光等一系列后續(xù)加工才能滿足使用要求，這使得晶體的利用率很低，很難獲得高利潤。一種新型的藍(lán)寶石單晶生長裝置被提出，如公開號為CN102828232A的公開文件，所述公開文件中的技術(shù)方案使得藍(lán)寶石單晶在長寬高三個(gè)方向同時(shí)生長，從而提高了晶體的生長速度，更重要的是節(jié)約了能源消耗，降低了生產(chǎn)的時(shí)間、人力、物力成本，縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。
[0006]因此，研發(fā)出一種大尺寸，高利用率，短周期，低成本可用于LED襯底的優(yōu)質(zhì)藍(lán)寶石單晶生長裝置，雙坩禍技術(shù)，可使單爐產(chǎn)量成倍增加，單爐成本進(jìn)一步降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種多坩禍三維藍(lán)寶石單晶生長裝置，其能提高晶體的生產(chǎn)效率，節(jié)約能耗，降低成本，安全可靠。
[0008]按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述多坩禍三維藍(lán)寶石單晶生長裝置，包括爐體以及位于所述爐體外的真空裝置；所述爐體內(nèi)設(shè)有保溫屏，所述保溫屏內(nèi)設(shè)有單晶生長坩禍機(jī)構(gòu)，所述單晶生長坩禍機(jī)構(gòu)包括至少兩個(gè)坩禍體，所述單晶生長坩禍機(jī)構(gòu)內(nèi)的坩禍體相互獨(dú)立。
[0009]所述坩禍體包括位于上部且豎直分布的長方管型以及位于下部的楔面體，坩禍體的楔面體內(nèi)設(shè)置有籽晶槽，所述楔面部的錐度為80° ~110°。
[0010]所述保溫屏內(nèi)還設(shè)有位于單晶生長坩禍機(jī)構(gòu)外圈的加熱裝置，所述加熱裝置包括均勻分布在坩禍體外圈的加熱器，所述加熱器在保溫屏內(nèi)提供位單晶生長的a向、b向以及C向的三維溫度梯度。
[0011]所述加熱器包括右加熱器、左加熱器、后加熱器以及前加熱器；所述右加熱器位于保溫屏內(nèi)的右側(cè)，左加熱器位于保溫屏內(nèi)的左側(cè)，后加熱器位于保溫屏內(nèi)的后側(cè)，前加熱器位于保溫屏內(nèi)的前側(cè)；右加熱器上設(shè)置用于檢測溫度的右上熱電偶，左加熱器上設(shè)置用于檢測溫度的左下熱電偶，后加熱器上設(shè)置用于檢測溫度的后方熱電偶，前加熱器上設(shè)置用于檢測溫度的前方熱電偶。
[0012]所述坩禍體采用鉬或鎢鉬合金焊接制成。
[0013]所述加熱器包括加熱板，所述加熱板上設(shè)置若干均勻分布的上隔槽以及下隔槽，所述上隔槽與下隔槽在加熱板上呈平行分布，且上隔槽與下隔槽在加熱板的長度方向上交替分布。
[0014]所述加熱板在背離坩禍體側(cè)面的水平方向與豎直方向均具有錐度。
[0015]在水平方向上，以加熱板的軸線為基準(zhǔn)，中心區(qū)域與端部間的錐度為1° -3° ;垂直方向上，加熱板的底部與上部間的錐度為以1° -3°。所述加熱板采用石墨板。
[0016]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):爐體內(nèi)設(shè)置至少兩個(gè)坩禍體，通過真空裝置、加熱裝置的配合能一次獲得至少二個(gè)藍(lán)寶石單晶，在提高生長速率的同時(shí)提高了晶體的產(chǎn)量；長方體型晶體便于后續(xù)加工切割，節(jié)約能耗，降低成本，安全可靠。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本實(shí)用新型加熱裝置與單晶生長機(jī)構(gòu)配合的示意圖。
[0019]圖3為本實(shí)用新型加熱板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為圖3的俯視圖。
[0021]圖5為圖3的右視圖。
[0022]圖6為本實(shí)用新型的熱場俯視圖。
[0023]附圖標(biāo)記說明:1-坩禍體、2-籽晶槽、3-保溫屏、4-晶體生長室、5-左下熱電偶、6-右下熱電偶、7-右上熱電偶、8-爐體、9-右加熱器、10-真空裝置、11-左上熱電偶、12-左加熱器、13-后方熱電偶、14-后加熱器、15-前方熱電偶、16-前加熱器、17-加熱板、18-上隔槽、19-下隔槽以及20-板孔。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0025]如圖1、圖2和圖6所示:為了能提高晶體的生產(chǎn)效率，節(jié)約能耗，降低成本，本實(shí)用新型包括爐體8以及位于所述爐體8外的真空裝置10 ;所述爐體8內(nèi)設(shè)有保溫屏3，所述保溫屏3內(nèi)設(shè)有單晶生長坩禍機(jī)構(gòu)，所述單晶生長坩禍機(jī)構(gòu)包括至少兩個(gè)坩禍體1，所述單晶生長坩禍機(jī)構(gòu)內(nèi)的坩禍體I相互獨(dú)立。
[0026]具體地，通過真空裝置10能使得爐體8處于真空狀態(tài)，真空裝置10可以采用現(xiàn)有常用的結(jié)構(gòu)，具體不再贅述。保溫屏3可以采用石墨屏，通過保溫屏3能有效隔絕單晶生長坩禍機(jī)構(gòu)與外界的熱交換，確保保溫屏3內(nèi)單晶生長坩禍機(jī)構(gòu)的溫度狀態(tài)。單晶生長坩禍機(jī)構(gòu)內(nèi)的坩禍體I在爐體8內(nèi)呈并列分布，爐體8內(nèi)的坩禍體I的數(shù)量可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，通過在爐體8內(nèi)設(shè)置至少兩個(gè)坩禍體I能夠同時(shí)獲得二個(gè)藍(lán)寶石單晶，從而提高晶體的生產(chǎn)效率，節(jié)約能耗，降低加工成本。
[0027]所述坩禍體I包括位于上部且豎直分布的長方管型以及位于下部的楔面體，坩禍體I的楔面體內(nèi)設(shè)置有籽晶槽2，所述楔面部的錐度為80° ~110°。所述坩禍體I采用鉬或鎢鉬合金焊接制成。
[0028]本實(shí)用新型實(shí)施例中，每個(gè)坩禍體I形成一個(gè)單晶的晶體生長室4，坩禍體I的長方管型與楔面體相連接，籽晶槽2也呈長方形狀。
[0029]所述保溫屏3內(nèi)還設(shè)有位于單晶生長坩禍機(jī)構(gòu)外圈的加熱裝置，所述加熱裝置包括均勻分布在坩禍體I外圈的加熱器，所述加熱器在保溫屏3內(nèi)提供位單晶生長的a向、b向以及c向的三維溫度梯度。
[0030]本實(shí)用新型實(shí)施例中，加熱器可以采用電阻加熱或感應(yīng)加熱，加熱的方式是間接加熱坩禍體1，以在坩禍體I內(nèi)獲得生長藍(lán)寶石單晶所需的溫度。爐體8內(nèi)的多個(gè)坩禍體I并列分布，加熱器位于所有坩禍體I的外圈，加熱器在所有坩禍體I的前后左右提供熱量，以使得籽晶在坩禍體I內(nèi)在a向、b向以及c向生長，其中，a向、b向以及c向的三維方向與籽晶生長的長度、寬度以及高度方向相對應(yīng)，為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0031]所述加熱器包括右加熱器9、左加熱器12、后加熱器14以及前加熱器16 ;所述右加熱器9位于保溫屏3內(nèi)的右側(cè)，左加熱器12位于保溫屏3內(nèi)的左側(cè)，后加熱器14位于保溫屏