一種80kg以上大尺寸藍(lán)寶石單晶的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001](一)
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本實(shí)用新型涉及一種80kg以上大尺寸藍(lán)寶石單晶的生長(zhǎng)工藝，具體涉及一種結(jié)合提拉法和泡生法優(yōu)勢(shì)的大尺寸藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)工藝。
[0003](二)
【背景技術(shù)】
[0004]藍(lán)寶石單晶具有優(yōu)異的光學(xué)、機(jī)械、化學(xué)和電性能，可在接近2000°C高溫的惡劣條件下工作，被廣泛用作各種光學(xué)元件、紅外軍事裝置、空間飛行器和高強(qiáng)度激光器的窗口材料，并且成為目前LED用半導(dǎo)體襯底的首選材料。
[0005]隨著對(duì)藍(lán)寶石應(yīng)用市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)，尤其在民用市場(chǎng)方面(如手機(jī)屏、表鏡等)的不斷擴(kuò)展，對(duì)藍(lán)寶石單晶的需求量也隨之增加，許多行業(yè)相關(guān)企業(yè)為此都紛紛擴(kuò)產(chǎn)。面對(duì)愈加激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，晶體生長(zhǎng)企業(yè)不但要提高晶體質(zhì)量，同時(shí)，更為重要的是增大藍(lán)寶石晶錠的尺寸，以滿(mǎn)足更大尺寸藍(lán)寶石產(chǎn)品的需求。
[0006]然而，生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石單晶時(shí)會(huì)面臨更多的問(wèn)題:如大尺寸藍(lán)寶石單晶更容易因粘禍、底部多晶、晶體應(yīng)力大等問(wèn)題導(dǎo)致晶體開(kāi)裂。另外，大尺寸晶體生長(zhǎng)對(duì)熱場(chǎng)設(shè)計(jì)及工藝的要求更加嚴(yán)格，熱場(chǎng)的合理設(shè)計(jì)是生長(zhǎng)高品質(zhì)大尺寸藍(lán)寶石單晶的基礎(chǔ)，然而，由于泡生法本身的特點(diǎn)，工藝的制定也尤為重要，否則晶體容易產(chǎn)生氣泡、云霧等缺陷，降低出材率。因此，生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石單晶必須制定一套合理的生長(zhǎng)工藝。
[0007]藍(lán)寶石單晶的眾多生長(zhǎng)方法中，泡生法(KY)與提拉法(CZ)原理基本相同，主要不同之處在于，傳統(tǒng)KY法生長(zhǎng)時(shí)只拉出晶體頭部，晶體部分靠溫度變化控制晶體生長(zhǎng)，晶體始終處于熔體包圍中，應(yīng)力較小。而CZ法在生長(zhǎng)過(guò)程中一直以一定的速度向上提拉，晶體在液面上結(jié)晶，處于冷區(qū)，晶體生長(zhǎng)速度較快。另外，CZ法在提拉的同時(shí)伴隨著旋轉(zhuǎn)，其優(yōu)勢(shì)在于晶體受熱均勻，外形平滑，不易粘禍，拉脫自動(dòng)化控制。但由于生長(zhǎng)出的晶體部分一直處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，轉(zhuǎn)動(dòng)引起的強(qiáng)制對(duì)流和重力場(chǎng)下的自然液流疊加會(huì)形成復(fù)雜的液流，容易引入缺陷。
[0008]冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)源于CZ法，但在生長(zhǎng)過(guò)程中伴隨著微量提拉，既可以保證晶體的生長(zhǎng)界面微凸，又可以避免提拉速度過(guò)快而造成的熔體擾動(dòng)，有利于減少晶體缺陷。但針對(duì)大尺寸藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，可以進(jìn)一步借鑒提拉法的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以生長(zhǎng)出高品質(zhì)藍(lán)寶石單晶。
[0009](三)【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]本實(shí)用新型針對(duì)大尺寸藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)所面臨的主要問(wèn)題，在原有SAPMAC法藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合提拉法工藝優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，形成一種可以解決大尺寸藍(lán)寶石單晶易粘禍、底部易產(chǎn)生多晶、內(nèi)部缺陷多等問(wèn)題的80kg以上大尺寸藍(lán)寶石單晶。
[0011]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:它從上而下由半徑逐漸增大的引晶部分1、放肩部分2、等徑部分3和收尾拉脫部分4四部分組成，引晶部分I為垂直對(duì)稱(chēng)W型，放肩部分為1.0~1.5kg半徑逐漸增大的傘形，等徑部分3為半徑與放肩部分底部半徑相同的圓柱形，收尾拉脫部分4為半徑逐漸增大的圓錐形，半徑小于坩禍5半徑。
[0012]本實(shí)用新型還有這樣一些特征:
[0013]1、所述的放肩部分設(shè)置有轉(zhuǎn)肩單元，轉(zhuǎn)肩單元為傘形下半部分，截面呈圓形。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果有:
[0015]1.本實(shí)用新型中放肩部分為放慢晶體的生長(zhǎng)速度得到的，界面處聚集的氣體有足夠的時(shí)間逸出熔體表面，降低了晶體內(nèi)部俘獲氣泡的幾率。
[0016]2.本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)肩單元周?chē)軣峋鶆?，降低了晶體粘禍的幾率，減小晶體內(nèi)應(yīng)力。
[0017]3.本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)肩單元形成時(shí)應(yīng)增大提拉速度，降低爐體側(cè)壁熱交換器散熱能力，使放肩角減小，保證晶體生長(zhǎng)界面微凸?fàn)顟B(tài)，即可減少晶體內(nèi)部缺陷的幾率，也可以避免晶體肩部與等徑過(guò)渡部位產(chǎn)生較大的應(yīng)力。
[0018]4.本實(shí)用新型的等徑部分生長(zhǎng)階段中，適當(dāng)加快降溫速度，減小提拉速度有利于縮短工藝時(shí)長(zhǎng)，降低成本，同時(shí)可以避免因提拉速度快而造成掉禍的問(wèn)題。
[0019]5.本實(shí)用新型的收尾拉脫部分生長(zhǎng)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了拉脫自動(dòng)化，避免了大尺寸藍(lán)寶石單晶底部容易產(chǎn)生多晶及晶體易掉禍的問(wèn)題，降低了單晶開(kāi)裂的幾率。
[0020](四)
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022](五)
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]結(jié)合圖1，本實(shí)施例分為四部分，它從上而下由半徑逐漸增大的引晶部分1、放肩部分2、等徑部分3和收尾拉脫部分4四部分組成，引晶部分I為垂直對(duì)稱(chēng)W型，放肩部分為1.0~1.5kg半徑逐漸增大的傘形，等徑部分3為半徑與放肩部分底部半徑相同的圓柱形，收尾拉脫部分4為半徑逐漸增大的圓錐形，半徑小于坩禍5半徑。本實(shí)施例四部分分別對(duì)應(yīng)生長(zhǎng)工藝的控制階段:引晶階段1、放肩階段II (細(xì)分為放肩初期與轉(zhuǎn)肩修形)、等徑階段III和收尾拉脫階段IV，最后進(jìn)行降溫退火。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種80kg以上大尺寸藍(lán)寶石單晶，其特征在于它從上而下由半徑逐漸增大的引晶部分、放肩部分、等徑部分和收尾拉脫部分四部分組成，引晶部分為垂直對(duì)稱(chēng)W型，放肩部分為1.0~1.5kg半徑逐漸增大的傘形，等徑部分為半徑與放肩部分底部半徑相同的圓柱形，收尾拉脫部分為半徑逐漸增大的圓錐形，半徑小于坩禍半徑。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種80kg以上大尺寸藍(lán)寶石單晶。它從上而下由半徑逐漸增大的引晶部分、放肩部分、等徑部分和收尾拉脫部分四部分組成，引晶部分為垂直對(duì)稱(chēng)W型，放肩部分為1.0~1.5kg半徑逐漸增大的傘形，等徑部分為半徑與放肩部分底部半徑相同的圓柱形，收尾拉脫部分為半徑逐漸增大的圓錐形，半徑小于坩堝半徑。本實(shí)用新型針對(duì)大尺寸藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)所面臨的主要問(wèn)題，在原有SAPMAC法藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合提拉法工藝優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，形成一種可以解決大尺寸藍(lán)寶石單晶易粘堝、底部易產(chǎn)生多晶、內(nèi)部缺陷多等問(wèn)題的80kg以上大尺寸藍(lán)寶石單晶。
【IPC分類(lèi)】C30B29/20, C30B17/00, C30B15/22
【公開(kāi)號(hào)】CN204849124
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520408675
【發(fā)明人】左洪波, 楊鑫宏, 張學(xué)軍, 李鐵
【申請(qǐng)人】哈爾濱奧瑞德光電技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年6月15日