專利名稱：一種用于生長(zhǎng)300mm以上大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐爐體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種單晶爐的爐體結(jié)構(gòu)，具體地說是一種用于采用冷心放肩微量提拉法 生長(zhǎng)300mm以上大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐的爐體結(jié)構(gòu)。
(二)
背景技術(shù)：
我國(guó)自2003年開始提出"國(guó)家半導(dǎo)體照明工程"計(jì)劃以來，目前已初步形成LED產(chǎn)品的 規(guī)模化生產(chǎn)能力，但其重要的襯底材料一藍(lán)寶石晶圓，尤其是大尺寸藍(lán)寶石晶圓材料一直是 制約該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，亟待突破。由于其具有性能穩(wěn)定、市場(chǎng)需求量大及產(chǎn)品附加值高等 特點(diǎn)，光學(xué)級(jí)大尺寸藍(lán)寶石材料同時(shí)也是微電子、航空航天、軍工等領(lǐng)域急需的材料，成為 近年國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化熱點(diǎn)。
高品質(zhì)、低成本的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)技術(shù)是世界各國(guó)關(guān)注的難點(diǎn)和重點(diǎn)之一。從目前的技 術(shù)水平來看，國(guó)際上能夠產(chǎn)業(yè)化制造直徑大于(D200以上高品質(zhì)藍(lán)寶石襯底材料的只有俄羅 斯Atlas和Monocrystal、美國(guó)Crystal System和Rubicon等四家公司，這幾家公司在大尺寸藍(lán) 寶石晶體的生長(zhǎng)技術(shù)和生長(zhǎng)設(shè)備制造等方面已經(jīng)十分成熟，領(lǐng)先其它國(guó)家至少IO年以上。
我國(guó)在大尺寸藍(lán)寶石單晶的制備方面與國(guó)外有較大的差距，尤其在專用設(shè)備上，由于溫 場(chǎng)設(shè)計(jì)不合理、保溫效果差等問題，制備的晶體質(zhì)量、成本很難滿足使用要求，成為困擾相 關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)難題。
由于藍(lán)寶石材料有著較強(qiáng)的軍工應(yīng)用背景需求，因此各國(guó)均將該項(xiàng)技術(shù)列為高度機(jī)密內(nèi) 容，相關(guān)研究報(bào)道僅僅局限在工藝角度，針對(duì)藍(lán)寶石的特點(diǎn)和用途開發(fā)的專用設(shè)備及與之相 配套的控制系統(tǒng)的報(bào)道僅僅限于原理角度。
(三) 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種采用冷心放肩微量提拉法，具有溫場(chǎng)分布均勻穩(wěn)定、軸 向和徑向溫度梯度都比較小，保溫效果好等特點(diǎn)的用于生長(zhǎng)300mm以上大尺寸藍(lán)寶石的單晶 爐爐體。
，
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括爐殼、爐底、爐蓋、坩堝、支撐棒、發(fā)熱體和 保溫結(jié)構(gòu)，保溫結(jié)構(gòu)包括坩堝蓋、上隔熱屏、下隔熱屏、多層保溫筒、保溫填料、耐火磚和 金屬筒，坩堝通過支撐棒設(shè)置在爐底上，發(fā)熱體設(shè)置在坩堝外圍，坩堝蓋設(shè)置在坩堝上，上 隔熱屏設(shè)置在坩堝蓋上，耐火磚設(shè)置在爐底，下隔熱屏設(shè)置在發(fā)熱體下方，多層保溫筒設(shè)置 在金屬筒內(nèi)，多層保溫筒與金屬筒之間設(shè)置有保溫填料。
本實(shí)用新型還有這樣一些技術(shù)特征
31、 所述的爐殼、爐底和爐蓋由2-10mm厚的不銹鋼板制成，都采用中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部通冷 卻水；
2、 所述的坩堝由金屬鎢制成，外徑330-450 mm，圓周壁厚5-15 mm，底部厚度20-45 m
m;
3、 所述的支撐棒由直徑為50-300 mm鉬棒制成；
4、 所述的發(fā)熱體為鳥籠式結(jié)構(gòu)，由直徑為4-8 mm鎢棒制成，發(fā)熱體頂端為2個(gè)銅半環(huán)；
5、 所述的坩鍋蓋由3-8片厚度為1-3mm厚的鉬片制成；
6、 所述的上隔熱屏由5-15片厚度為0.5-3 mm厚的鉬片制成，下隔熱屏由10-20片厚度 為0.5-3 mm厚的鉬片制成；
7、 所述的多層保溫筒由3-8層厚度為0.5-2 mm鉬片制成；
8、 所述的保溫填料一般使用氧化鋁陶瓷；耐火磚使用氧化鋁磚；金屬筒一般由厚度為 l-5mm的不銹鋼板制成。
本實(shí)用新型的有益效果有
1. 本實(shí)用新型采用鳥籠結(jié)構(gòu)鎢發(fā)熱體，有利于提供均勻穩(wěn)定的溫場(chǎng)，并保證其內(nèi)部溫度 場(chǎng)分布為底部溫度高于上端溫度，邊緣溫度高于中心溫度，軸向和徑向溫度梯度小，符合冷 心放肩微量提拉法對(duì)于溫場(chǎng)分布的要求。
2. 本實(shí)用新型在高溫區(qū)(I區(qū))全部使用高熔點(diǎn)金屬鎢和鉬，由于鎢的熔點(diǎn)為3410 'C， 鉬的熔點(diǎn)為2610'C，遠(yuǎn)高于藍(lán)寶石晶體熔點(diǎn)205(TC，因此該爐體非常適合于藍(lán)寶石晶體的 生長(zhǎng)；鎢鉬材料蒸氣壓低，高溫下?lián)]發(fā)速度小，而且其揮發(fā)物在抽真空時(shí)可以被抽至爐外， 不會(huì)在晶體生長(zhǎng)過程中進(jìn)入系統(tǒng)，因而對(duì)藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)影響極??；坩堝直徑大，可以用于 生長(zhǎng)直徑大于300 mm的藍(lán)寶石單晶。
3. 本實(shí)用新型使用氧化鋁陶瓷填料和氧化鋁耐火磚，有效地避免了晶體生長(zhǎng)過程中引入 雜質(zhì)。
4. 本實(shí)用新型在低溫區(qū)使用不銹鋼筒，有效地降低了設(shè)備成本。
5. 本實(shí)用新型的爐殼、爐底和爐蓋都采用中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部通冷卻水，能夠在爐體中心溫 度很高的情況下，有效地降低爐體低溫區(qū)(II區(qū))溫度，防止發(fā)熱體頂端的銅半環(huán)、不銹鋼 筒、爐殼、爐底以及爐蓋等發(fā)生高溫?fù)p毀。
結(jié)合冷心放肩微量提拉法生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石的要求，本實(shí)用新型爐體結(jié)構(gòu)還應(yīng)具備其它 特點(diǎn)其內(nèi)部溫度場(chǎng)分布為底部溫度高于上端溫度，邊緣溫度高于中心溫度；當(dāng)爐體內(nèi)部中 心溫度達(dá)到210(TC時(shí)，爐體外部溫度低于40°C 。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。 具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖舉例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明
結(jié)合圖l，本實(shí)施例包括爐殼7、爐底6、爐蓋8、坩堝2、支撐棒4、發(fā)熱體12和保溫 結(jié)構(gòu)。而保溫結(jié)構(gòu)是由坩堝蓋ll、上隔熱屏IO、下隔熱屏3、多層保溫筒B、保溫填料9、 耐火磚5、金屬筒l組成的。坩堝2通過支撐棒4設(shè)置在爐底6上，發(fā)熱體12設(shè)置在坩堝2 外圍，保溫結(jié)構(gòu)包括坩堝蓋ll、上隔熱屏IO、下隔熱屏3、多層保溫筒13、保溫填料9、耐 火磚5和金屬筒1，坩堝蓋11設(shè)置在坩堝2上，上隔熱屏IO設(shè)置在坩堝蓋11上，耐火磚5 設(shè)置在爐底6，下隔熱屏3設(shè)置在發(fā)熱體12下方，多層保溫筒13設(shè)置在金屬筒1內(nèi)，多層 保溫筒13與金屬筒1之間設(shè)置有保溫填料9。爐殼7、爐底6和爐蓋8由5 tnm厚的不銹鋼 板制成的，都采用中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部通冷卻水；坩堝2由金屬鎢制成，外徑365 mm，圓周壁厚 15mm，底部厚度45mm;支撐棒4由直徑為260 mm鉬棒制成；發(fā)熱體12采用鳥籠式結(jié)構(gòu)， 由直徑為5 mm鉤棒制成，發(fā)熱體頂端為2個(gè)銅半環(huán)；坩鍋蓋11由8片厚度為3 mm厚的鉬 片制成；上隔熱屏10由15片厚度為2 mm厚的鉬片制成；下隔熱屏3由20片厚度為2 mm 厚的鉬片制成多層保溫筒13由6層厚度為1 mm鉬片制成；保溫填料9使用氧化鋁陶瓷； 耐火磚5使用氧化鋁磚；金屬簡(jiǎn)l由厚度為3 mm的不銹鋼板制成。本實(shí)施例爐體結(jié)構(gòu)能夠 生長(zhǎng)出直徑為325 mm的藍(lán)寶石單晶。
權(quán)利要求1、一種用于生長(zhǎng)300mm以上大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐爐體，它包括爐殼、爐底、爐蓋、坩堝、支撐棒、發(fā)熱體和保溫結(jié)構(gòu)，坩堝通過支撐棒設(shè)置在爐底上，發(fā)熱體設(shè)置在坩堝外圍，其特征在于保溫結(jié)構(gòu)包括坩堝蓋、上隔熱屏、下隔熱屏、多層保溫筒、保溫填料、耐火磚和金屬筒，坩堝蓋設(shè)置在坩堝上，上隔熱屏設(shè)置在坩堝蓋上，耐火磚設(shè)置在爐底，下隔熱屏設(shè)置在發(fā)熱體下方，多層保溫筒設(shè)置在金屬筒內(nèi)，多層保溫筒與金屬筒之間設(shè)置有保溫填料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于生長(zhǎng)300mm以上大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐爐體，其特征在 于所述的爐殼、爐底和爐蓋由2-10mm厚的不銹鋼板制成，都采用中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部通冷卻 水。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于生長(zhǎng)300mm以上大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐爐體，其特征在 于所述的坩堝由金屬鎢制成，外徑330-450 mm，圓周壁厚5-15 mm，底部厚度20-45 mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于生長(zhǎng)300mm以上大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐爐體，其特征在 于所述的支撐棒由直徑為50-300 mm鉬棒制成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于生長(zhǎng)300mm以上大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐爐體，其特征在 于所述的發(fā)熱體為鳥籠式結(jié)構(gòu)，由直徑為4-8mm鎢棒制成，發(fā)熱體頂端為2個(gè)銅半環(huán)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于生長(zhǎng)300mm以上大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐爐體，其特征在 于所述的坩鍋蓋由3-8片厚度為l-3mm厚的鉬片制成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于生長(zhǎng)300mm以上大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐爐體，其特征在 于所述的上隔熱屏由5-15片厚度為0.5-3 mm厚的鉬片制成，下隔熱屏由10-20片厚度為 0.5-3 mm厚的鉬片制成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于生長(zhǎng)300mm以上大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐爐體，其特征在 于所述的多層保溫筒由3-8層厚度為0.5-2 mm鉬片制成。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于生長(zhǎng)300mm以上大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐爐體，其特征在 于所述的保溫填料一般使用氧化鋁陶瓷，耐火磚使用氧化鋁磚，金屬筒一般由厚度為1-5 mm的不銹鋼板制成。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種用于生長(zhǎng)300mm以上大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐爐體。它包括爐殼、爐底、爐蓋、坩堝、支撐棒、發(fā)熱體和保溫結(jié)構(gòu)，保溫結(jié)構(gòu)由坩堝蓋、上隔熱屏、下隔熱屏、多層保溫筒、保溫填料、耐火磚、金屬筒組成，本實(shí)用新型采用鳥籠結(jié)構(gòu)鎢發(fā)熱體，有利于提供均勻穩(wěn)定的溫場(chǎng)，并保證其內(nèi)部溫度場(chǎng)分布為底部溫度高于上端溫度，邊緣溫度高于中心溫度，軸向和徑向溫度梯度小，符合冷心放肩微量提拉法對(duì)于溫場(chǎng)分布的要求。本實(shí)用新型采用冷心放肩微量提拉法，具有溫場(chǎng)分布均勻穩(wěn)定、軸向和徑向溫度梯度都比較小，保溫效果好等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C30B29/20GK201411509SQ200920100239
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者波 宋, 左洪波, 楊鑫宏, 王天成, 王玉平 申請(qǐng)人:哈爾濱工大奧瑞德光電技術(shù)有限公司