專(zhuān)利名稱(chēng)：用于生長(zhǎng)晶體的裝置及用該裝置生長(zhǎng)晶體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生長(zhǎng)晶體的裝置以及利用該裝置生長(zhǎng)晶體的方法。
背景技術(shù)：
藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)主要有熱交換法、泡生法和提拉法等。熱交換法，簡(jiǎn)稱(chēng)HEM，其原理是利用熱交換器冷卻帶走熱量，使晶體生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)形成一個(gè)下冷上熱的縱向溫度梯度，同時(shí)再通過(guò)控制熱交換器內(nèi)氣體流量和加熱功率來(lái)控制此溫度梯度，從而形成坩堝內(nèi)熔體自下向上凝固，完成晶體生長(zhǎng)的過(guò)程?，F(xiàn)有的熱交換法生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體過(guò)程為將放有籽晶和原料的坩堝放置在熱場(chǎng)中，然后加熱將原料熔化，籽晶通過(guò)坩堝底部的熱交換器內(nèi)的氣體進(jìn)行冷卻從而保證不被熔化，同時(shí)進(jìn)行晶體的生長(zhǎng)。晶體生長(zhǎng)時(shí)，由加熱器控制熔體的溫度梯度，通過(guò)熱交換器內(nèi)冷卻氣體的流量來(lái)控制晶體的溫度梯度，從而控制晶體生長(zhǎng)速率。但這種方法產(chǎn)生溫度梯度的效果不好。同時(shí)由于晶體生長(zhǎng)是一個(gè)較復(fù)雜的過(guò)程，要想得到較理想的晶體質(zhì)量，需從多方面進(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)相關(guān)技術(shù)中存在的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于生長(zhǎng)晶體的裝置以及利用該裝置生長(zhǎng)晶體的方法，工藝簡(jiǎn)單，可方便有效地調(diào)節(jié)熱場(chǎng)內(nèi)的溫度梯度分布，控制晶體生長(zhǎng)過(guò)程，從而提高晶體質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于晶體生長(zhǎng)的裝置，該裝置包括保溫層、設(shè)置在保溫層中的加熱器、設(shè)置在加熱器中的坩堝、以及支撐坩堝的支撐桿，該裝置還包括溫度梯度控制裝置，其中溫度梯度控制裝置包括隔熱層、以及支撐隔熱層的支柱；隔熱層設(shè)置在加熱器的下端部和保溫層底部之間；并且支柱設(shè)置在隔熱層下方支撐隔熱層，并且可以帶動(dòng)隔熱層上下移動(dòng)。優(yōu)選地，隔熱層包括多層隔熱板，多層隔熱板疊放在一起并且設(shè)置有貫通多層隔熱板的孔，并且多層隔熱板通過(guò)孔套設(shè)在支撐桿上；間隔件，間隔件設(shè)置在多層隔熱板的相鄰兩層之間，并且該相鄰的兩層隔熱板之間形成2-10mm的間隙；保持件，保持件沿縱向貫穿并固定多層隔熱板。優(yōu)選地，隔熱層的最下層隔熱板上設(shè)置有連接支柱的槽，支柱的頂端容納在槽中。優(yōu)選地，多層隔熱板上還設(shè)置有多個(gè)小孔，保持件通過(guò)多個(gè)小孔貫穿多層隔熱板， 并且保持件與間隔件連接以固定間隔件。優(yōu)選地，多層隔熱板包括圓環(huán)狀的多層鎢板，間隔件包括與多層鎢板同軸設(shè)置且圍成環(huán)形的鎢絲環(huán)，并且多層鎢板的相鄰兩層之間設(shè)置有至少一個(gè)鎢絲環(huán)。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種根據(jù)上述用于晶體生長(zhǎng)的裝置生長(zhǎng)晶體的方法，包括以下步驟將籽晶和原料放置在坩堝中，同時(shí)設(shè)置溫度梯度控制裝置的初始位置在靠近加熱器底端處，使加熱器開(kāi)始升溫，熔化原料，并且向坩堝中吹送冷卻氣體使得籽晶不被熔化；升溫一段時(shí)間后，使溫度梯度控制裝置朝向遠(yuǎn)離加熱器的下端部的方向移動(dòng)；原料熔化完成后，增加冷卻氣體流量，使晶體從籽晶處開(kāi)始向上生長(zhǎng)。優(yōu)選地，該方法還包括以下步驟在晶體生長(zhǎng)完成后，使溫度梯度控制裝置朝向靠近加熱器的下端部的方向移動(dòng)。優(yōu)選地，升溫過(guò)程中，使溫度梯度控制裝置朝向遠(yuǎn)離加熱器的下端部的方向移動(dòng)的步驟還包括在加熱器升溫至1500°C -2000°C時(shí)，使溫度梯度控制裝置從初始位置移動(dòng)至與加熱器的下端部相距30-60mm的第一位置。優(yōu)選地，當(dāng)晶體生長(zhǎng)完成時(shí)，使溫度梯度控制裝置朝向靠近加熱器的下端部的方向移動(dòng)的步驟包括使溫度梯度控制裝置從與加熱器的下端部相距30-60mm的第一位置移動(dòng)至初始位置。優(yōu)選地，籽晶包括藍(lán)寶石籽晶，原料包括A1203。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過(guò)在加熱器和保溫層之間設(shè)置溫度梯度控制裝置，在加熱器中形成了適宜晶體生長(zhǎng)的溫度梯度。當(dāng)加熱器剛開(kāi)始升溫時(shí)，使溫度梯度裝置較為靠近加熱器，減少加熱器中熱量的流失，增強(qiáng)了保溫效果。當(dāng)加熱器升至一定溫度之后，使溫度梯度裝置遠(yuǎn)離加熱器，增加了縱向溫度梯度，從而有效地控制晶體生長(zhǎng)過(guò)程，提高晶體的質(zhì)量。當(dāng)晶體生長(zhǎng)完成時(shí)，再使溫度梯度裝置靠近加熱器，減小縱向溫度梯度，保證晶體不會(huì)在降溫階段由于過(guò)大的溫度梯度而開(kāi)裂，進(jìn)一步提高晶體的質(zhì)量。另外，由于整個(gè)裝置使用的都是基本的連桿結(jié)構(gòu)，使得工藝簡(jiǎn)單。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是隔熱層的局部剖面示意圖；圖4是隔熱層的俯視透視圖；圖5是本發(fā)明的系統(tǒng)流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行描述。如圖1所示，是現(xiàn)有技術(shù)中用于晶體生長(zhǎng)的裝置。本發(fā)明提供一種用于生長(zhǎng)晶體的裝置，如圖2所示，包括保溫層2、設(shè)置在保溫層2 中的加熱器1、設(shè)置在加熱器1之間的坩堝7、以及支撐坩堝7的支撐桿6，該裝置還包括溫度梯度控制裝置，其中溫度梯度控制裝置包括隔熱層3、以及支撐隔熱層3的支柱4 ；隔熱層3設(shè)置在加熱器1的下端部和保溫層2底部之間；支柱4設(shè)置在隔熱層3下方支撐隔熱層3，并且可以帶動(dòng)隔熱層3上下移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，支柱4的上下移動(dòng)是通過(guò)支柱4的一端與凸輪、電機(jī)連接形成凸輪連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖3-4所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，隔熱層3包括多層隔熱板31、間隔件32以及保持件33。其中，多層隔熱板31包括圓環(huán)狀的多層鎢板，多層隔熱板31疊放在一起，其上設(shè)置有貫通多層隔熱板31的孔34，并且多層隔熱板31通過(guò)孔34套設(shè)在支撐桿6上，此外，多層隔熱板31上還設(shè)置有多個(gè)小孔35，保持件33通過(guò)多個(gè)小孔貫穿多層隔熱板31，并且保持件33與間隔件32連接以固定間隔件32 ；間隔件32，包括與多層鎢板同軸設(shè)置且圍成環(huán)形的波紋狀鎢絲環(huán)，間隔件32設(shè)置在多層隔熱板31的相鄰兩層之間，并且多層鎢板的相鄰兩層之間設(shè)置有至少一個(gè)鎢絲環(huán)，使得相鄰的兩層隔熱板31之間形成2-10mm的間隙； 保持件33，可以設(shè)置為鎢絲，縱向穿過(guò)多層隔熱板31和間隔件32并固定多層隔熱板31和間隔件32。另外，隔熱層3的最下層的隔熱板31上設(shè)置有連接支柱4的槽36，支柱4的頂端容納在槽36中。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該支柱4可以可拆卸地連接在該槽36中，例如，通過(guò)螺紋連接，或者通過(guò)卡合結(jié)構(gòu)連接在該槽36中。另一方面，本發(fā)明還提供一種利用上述生長(zhǎng)晶體的裝置生長(zhǎng)晶體的方法，如圖5 所示，包括以下具體步驟將籽晶5和原料71放置在坩堝7中，同時(shí)設(shè)置溫度梯度控制裝置的初始位置在靠近加熱器底端處，其中，為了防止溫度梯度控制裝置與加熱器靠得太近而產(chǎn)生相互間反應(yīng)， 溫度梯度控制裝置的初始位置與加熱器7底端的距離范圍為l-3cm，其中優(yōu)選值為2cm ；然后，使加熱器1開(kāi)始工作，熔化原料71，并且通過(guò)支撐桿6中的孔向坩堝7中吹送冷卻氣體使得籽晶5不被熔化；升溫過(guò)程中，使溫度梯度控制裝置朝向遠(yuǎn)離所述加熱器1的下端部的方向移動(dòng)。 在加熱器1升溫至1500°c -2000°C時(shí)，使溫度梯度控制裝置從初始位置移動(dòng)至與加熱器1 的下端部相距30-60mm的第一位置，并將溫度梯度控制裝置固定在此位置；隨著溫度的升高，原料71繼續(xù)熔化，在該原料71熔化完成后，增加冷卻氣體，晶體開(kāi)始從籽晶5處開(kāi)始生長(zhǎng)；在晶體生長(zhǎng)完成后，使溫度梯度控制裝置朝向靠近加熱器1的下端部的方向移動(dòng)，具體地說(shuō)，使其從與加熱器1的下端部相距30-60mm的第一位置移動(dòng)至初始位置。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，籽晶5包括藍(lán)寶石籽晶，原料71包括Al2O315本發(fā)明通過(guò)在加熱器和保溫層之間設(shè)置溫度梯度控制裝置，在加熱器中形成了適宜晶體生長(zhǎng)的溫度梯度。當(dāng)加熱器剛開(kāi)始升溫時(shí)，使溫度梯度裝置較為靠近加熱器，減少加熱器中熱量的流失，增強(qiáng)了保溫效果，縮短原料熔化的時(shí)間，當(dāng)加熱器升至一定溫度之后， 使溫度梯度裝置遠(yuǎn)離加熱器，增加了縱向溫度梯度，從而有效地控制晶體生長(zhǎng)過(guò)程，提高晶體的質(zhì)量。當(dāng)晶體生長(zhǎng)完成時(shí)，再使溫度梯度裝置靠近加熱器，減小縱向溫度梯度，保證晶體不會(huì)在降溫階段由于過(guò)大的溫度梯度而開(kāi)裂，進(jìn)一步提高晶體的質(zhì)量。另外，由于整個(gè)裝置使用的都是基本的連桿結(jié)構(gòu)，使得工藝簡(jiǎn)單。以上所述僅為發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于晶體生長(zhǎng)的裝置，所述裝置包括保溫層O)、設(shè)置在所述保溫層( 中的加熱器(1)、設(shè)置在所述加熱器⑴中的坩堝(7)、以及支撐所述坩堝(7)的支撐桿(6)，其特征在于，所述裝置還包括溫度梯度控制裝置，其中所述溫度梯度控制裝置包括隔熱層(3)、以及支撐所述隔熱層(3)的支柱(4)；所述隔熱層( 設(shè)置在所述加熱器(1)的下端部和所述保溫層( 底部之間；并且所述支柱(4)設(shè)置在所述隔熱層C3)下方支撐所述隔熱層(3)，并且可以帶動(dòng)所述隔熱層⑶上下移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述隔熱層C3)包括多層隔熱板(31)，所述多層隔熱板(31)疊放在一起并且設(shè)置有貫通所述多層隔熱板 (31)的孔(34)，并且所述多層隔熱板(31)通過(guò)所述孔(34)套設(shè)在所述支撐桿(6)上；間隔件(32)，所述間隔件(3 設(shè)置在所述多層隔熱板(31)的相鄰兩層之間，并且該相鄰的兩層隔熱板之間形成2-10mm的間隙；保持件(33)，所述保持件(3 沿縱向貫穿并固定所述多層隔熱板(31)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述隔熱層(3)的最下層隔熱板上設(shè)置有連接所述支柱的槽，所述支柱的頂端容納在所述槽中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述多層隔熱板(31)上還設(shè)置有多個(gè)小孔(35)，所述保持件(3 通過(guò)所述多個(gè)小孔貫穿所述多層隔熱板(31)，并且所述保持件 (33)與所述間隔件(32)連接以固定所述間隔件(32)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述多層隔熱板(31)包括圓環(huán)狀的多層鎢板，所述間隔件(3 包括與所述多層鎢板同軸設(shè)置且圍成環(huán)形的鎢絲環(huán)，并且所述多層鎢板的相鄰兩層之間設(shè)置有至少一個(gè)所述鎢絲環(huán)。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述用于晶體生長(zhǎng)的裝置生長(zhǎng)晶體的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟將籽晶( 和原料(71)放置在坩堝(7)中，同時(shí)設(shè)置溫度梯度控制裝置的初始位置在靠近加熱器(1)底端處，使加熱器(1)開(kāi)始升溫，熔化所述原料(71)，并且向所述坩堝(7) 中吹送冷卻氣體使得所述籽晶( 不被熔化；升溫過(guò)程中，使溫度梯度控制裝置朝向遠(yuǎn)離所述加熱器(1)的下端部的方向移動(dòng)；所述原料(71)熔化完成后，增加所述冷卻氣體流量，籽晶( 開(kāi)始生長(zhǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟在所述籽晶 (5)生長(zhǎng)完成后，使溫度梯度控制裝置朝向靠近所述加熱器(1)的下端部的方向移動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，升溫過(guò)程中，使溫度梯度控制裝置朝向遠(yuǎn)離所述加熱器(1)的下端部的方向移動(dòng)的步驟還包括在加熱器(1)升溫至1500°C -2000°C時(shí)，使所述溫度梯度控制裝置從初始位置移動(dòng)至與所述加熱器(1)的下端部相距30-60mm的第一位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述籽晶( 生長(zhǎng)完成時(shí)，使溫度梯度控制裝置朝向靠近所述加熱器(1)的下端部的方向移動(dòng)的步驟包括使所述溫度梯度控制裝置從與所述加熱器(1)的下端部相距30-60mm的第一位置移動(dòng)至初始位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述籽晶(5)包括藍(lán)寶石籽晶，所述原料 (71)包括 A1203。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于晶體生長(zhǎng)的裝置，其包括保溫層、加熱器、坩堝、支撐桿，以及溫度梯度控制裝置，其中溫度梯度控制裝置包括隔熱層、以及支撐隔熱層的支柱；隔熱層設(shè)置在加熱器的下端部和保溫層底部之間；支柱設(shè)置在隔熱層下方，并且可以帶動(dòng)隔熱層上下移動(dòng)。本發(fā)明另一方面還提供一種用于晶體生長(zhǎng)的方法，包括以下步驟將籽晶和原料放在坩堝中，加熱器升溫，向所述坩堝底部吹送冷卻氣體使籽晶不被熔化，升溫過(guò)程中，使溫度梯度控制裝置朝向遠(yuǎn)離所述加熱器的下端部的方向移動(dòng)，在原料熔化后，增加所述冷卻氣體，使晶體從籽晶處開(kāi)始生長(zhǎng)，在晶體生長(zhǎng)完成后，使溫度梯度控制裝置反向移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明可有效地控制晶體生長(zhǎng)過(guò)程，提高晶體的質(zhì)量。
文檔編號(hào)C30B11/00GK102296353SQ20111026581
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者張雪平, 王平, 盛建明, 胡董成 申請(qǐng)人:江蘇同人電子有限公司