專利名稱：藍(lán)寶石晶體生長用的長晶爐結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種藍(lán)寶石晶體生長有的長晶爐結(jié)構(gòu)，具體地說是單晶藍(lán)寶石 (氧化鋁單晶)的生長方法及生長用的長晶爐結(jié)構(gòu)，屬于藍(lán)寶石晶體加工的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，單晶藍(lán)寶石基板在現(xiàn)代科技產(chǎn)品的運(yùn)用十分重要，以光電產(chǎn)業(yè)的發(fā)光二極管(LED)為例，氮化鎵(GaN)的材料研究已超過二十年，但一直因為沒有晶格常數(shù)配合的基板(Substrate)，所以晶體長不好，并且ρ型氮化鎵不易制成，所以進(jìn)展緩慢，這些問題一直到1 983年，日本的田貞史博士(S. Yoshida)等人用氮化鋁(AlN))在藍(lán)寶石(Sapphire) 基板上先用高溫成長做緩沖層，再在其上生長氮化鎵時，結(jié)晶較好，之后名古屋大學(xué)的赤崎勇教授(I. Akasaki)等人發(fā)現(xiàn)以有機(jī)金屬氣相沉積法(M0CVD或0MVPE)均勻的在低溫(約 600 °C)長一層薄的氮化鋁，再在其上以高溫(約1000 °C左右)成長氮化鎵可以得到像鏡面的材料。1991年日亞公司(Nichia Co.)研究員中村修二(S. Nakamura)改用非晶體氮化鎵以低溫先成長為緩沖層(Buffer Layer)，再以高溫成長氮化鎵時，也得到鏡面般平坦的膜。另一個如何做P-GaN的問題也獲得突破，1989年赤崎勇教授等人首先將鎂(Mg)摻雜在氮化鎵里使其成長，長成后進(jìn)行電子束照射得到P型氮化鎵，后來日亞公司的中村修二發(fā)現(xiàn)電子束，不過是使氮化鎵的溫度升高，使Ma-H中的氫分離而鎂受子被活性化產(chǎn)生低阻抗的氮化鎵，他發(fā)現(xiàn)如果以700°C左右的熱退火也可將一氫趕走，使鎂活性化而完成ρ型的工作。利用以上二個發(fā)現(xiàn)，日亞公司1993年宣布成功開發(fā)光度一燭光(Cd)的GaN藍(lán)光發(fā)光二極管(LED)，壽命長達(dá)數(shù)萬小時。此消息發(fā)表后，立刻引起全世界的注意，目前全球各地已有很多團(tuán)體在研究此類材料的制造、性質(zhì)及應(yīng)用。以中國臺灣專利為例，發(fā)明第1245440號名稱為發(fā)光二極管專利(參照2005年12月11日專利公告)，其包含有一基板；一成核層， 設(shè)置于該基板上，且是由AlxGal-xN所形成，以解決晶格不匹配的現(xiàn)象，其中0彡χ彡1 ；一緩沖層，設(shè)置于該成核層上；一 η型接觸層，設(shè)置于該緩沖層上，且電性連接于一 η型電極， 該η型接觸層是由n-AlxGal-xN所形成，其中0彡χ彡0. 3 ；— η型被覆層，設(shè)置于該η型接觸層上，且是由n-AlxGal-xN所形成，其中0彡χ彡0. 3 ；—發(fā)光層，設(shè)置于該η型披覆層上；一 P型阻障層，形成于該發(fā)光層上，防止載子溢流，該P(yáng)型阻障層是由p-AlxGal-xN所形成，其中0彡χ彡0. 4 ；— ρ型被覆層，形成于該ρ型阻障層之上，以局限載子，該ρ型被覆層是由P-AlxGal-xN所形成，其中0彡χ彡0. 3 ；及一 ρ型接觸層，是位于該ρ型被覆層之上，且電性連接于一 ρ型電極，該ρ型接觸層由p-AlxGal-xN所形成，其中0彡χ彡0. 15 ； 其中，當(dāng)于該η型電極與該ρ型電極施加一適當(dāng)?shù)捻樝蚱珘簳r，即可激發(fā)該發(fā)光層產(chǎn)生波長為300-380奈米的光線輸出.而其中該基板是選自由藍(lán)寶石基板、硅基板、碳化硅基板、氮化鎵基板、氮化鋁基板、氮化鋁鎵基板及氧化鋅基板所成組合之一。而由于藍(lán)寶石基板(氧化鋁單晶)的晶格與氮化鎵非常接近，是非常適合的基板材料，故藍(lán)寶石基板之長成技術(shù)也就格外的重要了。另外，生產(chǎn)藍(lán)寶石基板主要的關(guān)鍵技術(shù)在于2050°C高溫中將氧化鋁粉末熔化及生長晶體，而通常藍(lán)寶石長晶方法大體包括有以下幾種火焰融熔法(Flame Fusion)火焰融熔法是利用氫氣、氧氣燃燒高溫的火炬，將從上而下掉落的氧化鋁粉融化，液融滴在下盤承接的品種上而固化，有如鐘乳石洞 內(nèi)的石筍成長般的變大。此種氧化鋁單晶最大可達(dá)直徑3厘米，但其內(nèi)部可能含有氣泡，及未融化的氧化鋁粉及殘留應(yīng)力等瑕疵，故只適用于手表表面的藍(lán)寶石玻璃、藍(lán)寶石齒輪(Gear)及裝飾品等用途。世界生產(chǎn)此種藍(lán)寶石的工廠發(fā)跡于歐洲，例如法國的Bircon聞名于世。助熔法(Flux Growth)助熔法則是利用助熔劑，如氧化鉛、氟化鋁及氟化鈉等，將氧化鋁在低于2050 OC溶解，再經(jīng)由液體慢慢冷卻，過飽和析出。此種方法是傳統(tǒng)實驗室培育新材料的方法，不適用于工業(yè)界的量產(chǎn)。目前是以此生產(chǎn)寶石等裝飾品的公司，如美國JO Crystal 及 Chatham0柴氏長晶法(Czochralski method)柴氏長晶法是利用石墨電阻或感應(yīng)的方法加熱，將裝在坩堝的氧化鋁粉在鈍性氣體下或真空中融化，再將藍(lán)寶石品種慢慢地由上往下降，略微的接觸液面，此時晶種緩緩的旋轉(zhuǎn)，并向上拉引出藍(lán)寶石的晶種。其直徑的大小與質(zhì)量則依據(jù)拉升的速度與液面溫度的控制來決定，此法適合工業(yè)量產(chǎn)，世界上知名的生產(chǎn)廠商有美國的Union Carbide及加拿大的Crystar等公司。導(dǎo)模法(Edge-defined Film-fed Growth ETO):EFG導(dǎo)模法的長晶硬設(shè)備，類似于柴氏長晶法，但它的晶體在成長中不旋轉(zhuǎn)，且向上引出的直徑與形狀，由一塊懸浮在氧化鋁液面的金屬模(Die)所控制。它有極大的拉速，可生產(chǎn)出中空的圓體晶柱或扁平的芯片。經(jīng)濟(jì)效益好，但晶體內(nèi)含有高密度的殘留應(yīng)力及差排(dislocation)，較適合于光學(xué)用途而非半導(dǎo)體基材。世界上主要生產(chǎn)公司為日本的Kyocera。Kyropoulos =Kyropoulos法極類似于柴氏長晶法，但它的晶體在成長中不利用旋轉(zhuǎn)、不利用上引以控制直徑，而在坩堝內(nèi)固化冷卻及收縮。最后長成的晶體尺寸略小于坩堝，故必需經(jīng)過繁雜的后加工以達(dá)到最終的直徑。Thermal Gradient Technique) ^^iS^fi^H Crystal systems ^ 司于1978年研發(fā)而成，且申請了專利技術(shù)。其是以定向晶體誘導(dǎo)的熔體單結(jié)晶方法，包括放置在簡單鐘罩式真空電阻爐內(nèi)的坩堝、發(fā)熱體及屏蔽裝置，但是，本法晶體生長過程存在鉬污染，其它雜質(zhì)主要由原料引入，必需采用高純度原料。以上的藍(lán)寶石長晶方法所生長的單晶藍(lán)寶石，具有雜質(zhì)污染、或其晶體質(zhì)量和尺寸都受到限制，難以滿足光學(xué)、半導(dǎo)體、通訊等組件的高性能要求、成本高及高溫長晶需要時間長的缺失。以上即為現(xiàn)行技術(shù)最大的缺失，實為業(yè)界亟待克服的技術(shù)難題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種藍(lán)寶石晶體生長用的長晶爐結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，加工方便，加工精度高，節(jié)能環(huán)保，適用性好，安全可靠。按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述藍(lán)寶石晶體生長用的長晶爐結(jié)構(gòu)，包括爐體，所述爐體的下部設(shè)有用于放置坩堝的旋轉(zhuǎn)支撐臺，所述旋轉(zhuǎn)支撐臺位于爐體的中心部位；爐體內(nèi)設(shè)有用于對坩堝加熱的熱場，所述熱場位于旋轉(zhuǎn)支撐臺的外圈；爐體內(nèi)對應(yīng)于熱場的外圈設(shè)有保溫層；爐體的底端設(shè)有進(jìn)水口及出水口，所述進(jìn)水口與出水口與爐體相連通；爐體的上部設(shè)有氣管，所述氣管與爐體相連通。[0013]所述熱場包括電磁或電阻加熱線圈。 所述旋轉(zhuǎn)支撐臺與用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)支撐臺轉(zhuǎn)動的下驅(qū)動電機(jī)相連；旋轉(zhuǎn)支撐臺的中心區(qū)設(shè)有旋轉(zhuǎn)支撐軸，所述旋轉(zhuǎn)支撐軸與下旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸相連。所述爐體內(nèi)的底端設(shè)有用于測溫的熱電偶；所述熱電偶為錸釷合金熱電偶。所述爐體內(nèi)的上部設(shè)有CCD視頻傳感器。所述爐體的上方設(shè)有上旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述上旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸上設(shè)有引晶柱，所述引晶柱對應(yīng)于與上旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸相連的另一端伸入爐體內(nèi)；引晶柱對應(yīng)于伸入爐體內(nèi)的端部安裝有籽晶。所述上旋轉(zhuǎn)電機(jī)與控制器的輸出端相連，所述控制器分別與用于觀察爐體內(nèi)的 CCD視頻傳感器、用于測量爐體內(nèi)工作溫度的熱電偶及下旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連；所述下旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸與旋轉(zhuǎn)支撐臺相連。本實用新型的優(yōu)點(diǎn)先將具有氧化鋁晶體的坩堝放入爐體內(nèi)，爐體通過氣管進(jìn)行抽真空；爐體內(nèi)的熱場對坩堝內(nèi)的氧化鋁晶體進(jìn)行加熱，熱場加熱的溫度通過錸釷合金熱電偶進(jìn)行檢測后傳輸?shù)娇刂破鲀?nèi)，同時CCD視頻傳感器將爐體內(nèi)的工作視頻圖像傳輸?shù)娇刂破鳎刂破鲀?nèi)通過做圖像比對后及時控制熱場溫度及上旋轉(zhuǎn)電機(jī)、下旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制器能夠精確控制上旋轉(zhuǎn)電機(jī)的工作狀態(tài)；上旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過引晶柱及籽晶的轉(zhuǎn)動、升降完成引晶及長晶過程，測量及加工精度高，爐體內(nèi)能夠保持所需的加工溫度，工序控制操作方便；待藍(lán)寶石晶體長晶結(jié)束時，控制器使下旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，下旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動坩堝的轉(zhuǎn)動， 便于取出藍(lán)寶石晶體；控制器與CCD視頻傳感器及熱電偶對應(yīng)配合，能夠精確控制整個加工過程，加工精度高，提高加工效率，降低加工成本，工藝操作簡單，節(jié)能環(huán)保，安全可靠。

圖1為本實用新型長晶爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。如圖1所示本實用新型用于藍(lán)寶石晶體生長用的長晶爐結(jié)構(gòu)包括上旋轉(zhuǎn)電機(jī)1、 C⑶視頻傳感器2、氣管3、籽晶4、第一氧化鋁晶體塊5、第二氧化鋁晶體塊6、保溫層7、旋轉(zhuǎn)支撐臺8、進(jìn)水口 9、出水口 10、下旋轉(zhuǎn)電機(jī)11、熱電偶12、熱場13、引晶柱14、旋轉(zhuǎn)支撐軸 15、爐體16、控制器17及坩堝18。如圖1所示所述爐體16內(nèi)的下部設(shè)有用于放置坩堝18的旋轉(zhuǎn)支撐臺8，所述旋轉(zhuǎn)支撐臺8具有臺面部，坩堝18放置于臺面部上；旋轉(zhuǎn)支撐臺8對應(yīng)于設(shè)置臺面部的另一側(cè)凸設(shè)有旋轉(zhuǎn)支撐軸15，旋轉(zhuǎn)支撐軸15位于旋轉(zhuǎn)支撐臺8的中心區(qū)，旋轉(zhuǎn)支撐臺8通過旋轉(zhuǎn)支撐軸15安裝于爐體16內(nèi)的下部，旋轉(zhuǎn)支撐臺8能在爐體16內(nèi)轉(zhuǎn)動。爐體16內(nèi)設(shè)有熱場13，所述熱場13位于旋轉(zhuǎn)支撐臺8的外圈，熱場13采用電磁或電阻加熱線圈，也可以采用其他的加熱形式。爐體16內(nèi)對應(yīng)于熱場13的外圈設(shè)有保溫層7，當(dāng)熱場13對旋轉(zhuǎn)支撐臺8上的坩堝18加熱到設(shè)定的溫度后，保溫層7能夠?qū)t體16內(nèi)的溫度進(jìn)行相應(yīng)保持， 適用加工工藝的要求。爐體16上設(shè)有驅(qū)動旋轉(zhuǎn)支撐臺8轉(zhuǎn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)為下旋轉(zhuǎn)電機(jī)11，所述下旋轉(zhuǎn)電機(jī)11位于爐體16底端的下方，下旋轉(zhuǎn)電機(jī)11的輸出軸與旋轉(zhuǎn)支撐軸15相連，從而能夠驅(qū)動旋轉(zhuǎn)支撐臺8轉(zhuǎn)動。爐體16的上部設(shè)有氣管3，所述氣管 3與爐體16內(nèi)的腔體相連通，通過氣管3能夠?qū)t體16內(nèi)的腔體抽真空，并能對爐體16內(nèi)破真空。爐體16內(nèi)的底端設(shè)有進(jìn)水口 9及出水口 10，所述進(jìn)水口 9、出水口 10均與爐體16 內(nèi)的腔體相連通。為了能夠知道爐體16的工作溫度，爐體16內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器采用熱電偶12，所述熱電偶12位于熱場13與保溫層7間；熱電偶12采用錸釷合金熱電偶，通過錸 釷合金熱電偶能準(zhǔn)確測量爐體16的工作溫度，不會因為熱場13特性的差異，造成爐體 16內(nèi)的工藝溫度的不確定性。為了觀察爐體16內(nèi)的工作狀態(tài)，爐體16內(nèi)的上部設(shè)有CCD (Charge-coupled Device)視頻傳感器2，所述CCD視頻傳感器2與控制器17相連，CCD視頻傳感器2能夠?qū)t體16內(nèi)的工作狀態(tài)傳輸?shù)娇刂破?7內(nèi)，控制器17將接收的視頻圖像與控制器17內(nèi)預(yù)設(shè)的圖像做圖像比對，控制器17通過相應(yīng)的圖像比對后，能夠精確地進(jìn)行相應(yīng)的工序操作，安全可靠。同時，控制器17與熱電偶12的輸出端相連，控制器17接收熱電偶12檢測的溫度值?？刂破?7與下旋轉(zhuǎn)電機(jī)11相連，控制器17控制下旋轉(zhuǎn)電機(jī)11的工作狀態(tài)?？刂破?7可以采用常用的計算機(jī)。爐體16的上方設(shè)有上旋轉(zhuǎn)電機(jī)1，所述上旋轉(zhuǎn)電機(jī)1固定于爐體16的頂部，上旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的輸出軸上設(shè)有引晶柱14，所述引晶柱14在爐體16內(nèi)呈豎直分布，引晶柱14對應(yīng)于與上旋轉(zhuǎn)電機(jī)1輸出軸相連的另一端伸入爐體16內(nèi)；且引晶柱14對應(yīng)于深入爐體16 內(nèi)的端部設(shè)有籽晶4，所述籽晶4用于藍(lán)寶石晶體生長的定向。所述上旋轉(zhuǎn)電機(jī)1與控制器 17相連，控制器17用于控制上旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。使用時，現(xiàn)在坩堝18內(nèi)放置氧化鋁晶體，所述氧化鋁晶體包括氧化鋁晶體、氧化鋁晶塊及氧化鋁晶粒，氧化鋁晶體、氧化鋁晶塊及氧化鋁晶粒的尺寸大小不同，從而在坩堝 18中形成第一氧化鋁晶體塊5及第二氧化鋁晶體塊6，第一氧化鋁晶體塊5的外形尺寸大于第二氧化鋁晶體塊6的尺寸。當(dāng)坩堝18中放置氧化鋁晶體后，將坩堝18放入爐體16的腔體內(nèi)，即將坩堝18放置旋轉(zhuǎn)支撐面8的臺面部上，然后將爐體16通過氣管3抽真空，從而便于后續(xù)的藍(lán)寶石晶體生長工藝。具體地，藍(lán)寶石晶體的生長方法包括如下步驟a、提供氧化鋁晶體材料，所述氧化鋁晶體材料包括氧化鋁晶體、氧化鋁晶塊及氧化鋁晶粒，將409Γ60%的氧化鋁晶體、209Γ30%的氧化鋁晶塊及10°/Γ30%的氧化鋁晶粒按照重量百分比均勻混合后放入坩堝18中；氧化鋁單晶的重量根據(jù)坩堝18的大小及相關(guān)加工要求相適應(yīng)，一般氧化鋁單晶的重量可以分為30kg、60kg、90kg或者250kg，不同重量的氧化鋁單晶加工時，具有不同的加工時間要求；氧化鋁晶體、氧化鋁晶塊及應(yīng)力經(jīng)理的大小尺寸不同，氧化鋁晶體材料也可以采用餅狀的材料；提供氧化鋁晶體材料的不同，能得到不同品質(zhì)的藍(lán)寶石晶體；b、將具有氧化鋁單晶的坩堝18放入長晶爐的爐體16中并抽真空，將長晶爐的溫度加熱至2200°C，對坩堝18中的氧化鋁單晶化料；抽真空時，通過爐體16上部的氣管3進(jìn)行；抽真空后，整個爐體16內(nèi)的腔體全部處于真空狀態(tài)；抽真空完成后，通過熱場13對爐體16進(jìn)行加熱，使坩堝18內(nèi)的氧化鋁單晶上升到2200度，能夠?qū)ρ趸X單晶進(jìn)行化料，使坩堝18中的氧化鋁單晶加熱至液體狀態(tài)； 加熱后，通過爐體16內(nèi)的保溫層7進(jìn)行保溫，從而能夠節(jié)省熱場13的功率損耗，減少與外部熱量的交換，節(jié)能環(huán)保，安全可靠；爐體16在熱場13加熱時的升溫過程，均通過熱電偶 12進(jìn)行檢測，熱電偶12將檢測的溫度輸出到控制器17內(nèi)，從而控制器17能夠精確控制熱場13的加熱過程，提高加工的精度；c、坩堝18中的氧化鋁晶體加熱至熔融狀態(tài)時，對長晶爐進(jìn)行降溫，使坩堝18的溫度降至2150°C 2200°C間；并當(dāng)坩堝18中出現(xiàn)固-液界面時，開始對坩堝18中的氧化鋁單晶引晶；當(dāng)坩堝18的溫度在熱場13加熱至2200度后，坩堝18內(nèi)的氧化鋁單晶會出現(xiàn)融成液體狀態(tài)，然后對爐體16內(nèi)進(jìn)行降溫，以便能夠?qū)ρ趸X單晶進(jìn)行引晶；引晶時，引晶柱 14對應(yīng)于設(shè)置籽晶4的端部伸入坩堝18內(nèi)，并在坩堝18的固-液界面，上旋轉(zhuǎn)電機(jī)1帶動引晶柱14轉(zhuǎn)動，從而籽晶4在坩堝18內(nèi)轉(zhuǎn)動，籽晶4的種類可以根據(jù)生長所需要的不同晶面的藍(lán)寶石晶體進(jìn)行選擇；坩堝18的加熱溫度由熱電偶12檢測，坩堝18內(nèi)的氧化鋁單晶狀態(tài)通過C⑶視頻傳感器2傳輸?shù)娇刂破?7內(nèi)，控制器17根據(jù)檢測的工作溫度及內(nèi)部視頻情況，能夠恰當(dāng)控制上旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，能夠精確控制坩堝18的固-液界面的引晶時間點(diǎn)，能提高引晶的成功率，降低加工成本；d、坩堝中的氧化鋁單晶引晶完成后，對長晶爐進(jìn)行降溫，使坩堝18的溫度降至 19000C 2100°C，以便在坩堝18中長晶；當(dāng)引晶完成后，需要接著進(jìn)行長晶過程；長晶時，需要降低爐體16內(nèi)坩堝18的溫度值，坩堝18的溫度值需要在1900度到2100度間，長晶時，坩堝18內(nèi)的氧化鋁單晶在籽晶4的作用下完成長晶過程；e、待坩堝18中長晶工序完成后對長晶爐保溫；待坩堝18內(nèi)即長晶完成時，控制器17使下旋轉(zhuǎn)電機(jī)11轉(zhuǎn)動，下旋轉(zhuǎn)電機(jī)11的輸出軸通過旋轉(zhuǎn)支撐軸15帶動旋轉(zhuǎn)支撐臺8轉(zhuǎn)動，從而將旋轉(zhuǎn)支撐臺8上的坩堝18轉(zhuǎn)動；坩堝18在下旋轉(zhuǎn)電機(jī)11的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動后，能夠防止坩堝18內(nèi)生長得到的藍(lán)寶石晶體與坩堝 18內(nèi)壁的接觸，從而能夠方便地取出坩堝18中的藍(lán)寶石晶體；下旋轉(zhuǎn)電機(jī)11的轉(zhuǎn)動速度由控制器17根據(jù)坩堝18內(nèi)放置的氧化鋁單晶的重量進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置；f、對長晶爐進(jìn)行退火，使長晶爐內(nèi)的溫度由2000°C逐漸降至1000°C ；長晶工序完成后，還需要對爐體16內(nèi)的溫度進(jìn)行退火工序，爐體16內(nèi)的溫度在退火工序中，爐體16內(nèi)的溫度值由2000度逐漸降至1000度，滿足藍(lán)寶石晶體的加工溫度要求，保證藍(lán)寶石晶體生長后的性能；h、對長晶爐進(jìn)行退火工序完成后，使長晶爐的溫度逐漸降至常溫；在退火工序后，將爐體16內(nèi)的溫度逐漸降至常溫狀態(tài)，此過程需要持續(xù)相應(yīng)的時間，直至爐體16內(nèi)的溫度處于常溫狀態(tài)；i、當(dāng)長晶爐內(nèi)降至常溫后，對長晶爐內(nèi)以氬氣破真空，開啟長晶爐并取出藍(lán)寶石晶體。當(dāng)坩堝18放置爐體16內(nèi)后進(jìn)行抽真空，直至爐體16再次降至常溫過程時，爐體 16內(nèi)始終保持真空狀態(tài)，此時通過氣管3向爐體16內(nèi)的腔體通入氬氣，通入氬氣的壓強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)氣壓，從而使?fàn)t體16內(nèi)的氣壓與外部大氣壓相同，能夠安全取出爐體16內(nèi)加工得到的藍(lán)寶石晶體，至此完成一次藍(lán)寶石晶體的加工過程。[0044] 本實用新型先將具有氧化鋁單晶的坩堝18放入爐體16內(nèi)，爐體16通過氣管3進(jìn)行抽真空；爐體16內(nèi)的熱場13對坩堝18內(nèi)的氧化鋁晶體進(jìn)行加熱，熱場13加熱的溫度通過錸釷合金熱電偶進(jìn)行檢測后傳輸?shù)娇刂破?7內(nèi)，同時CCD視頻傳感器2將爐體16內(nèi)的工作視頻圖像傳輸?shù)娇刂破?7，控制器17通過做圖像比對后及時控制熱場13溫度及上旋轉(zhuǎn)電機(jī)1、下旋轉(zhuǎn)電 機(jī)11的轉(zhuǎn)速，控制器17能夠精確控制上旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的工作狀態(tài)；上旋轉(zhuǎn)電機(jī)1通過引晶柱14及籽晶4的轉(zhuǎn)動、升降完成引晶及長晶過程，測量及加工精度高，爐體16內(nèi)能夠保持所需的加工溫度，工序控制操作方便；待藍(lán)寶石晶體長晶結(jié)束時，控制器 17使下旋轉(zhuǎn)電機(jī)11的轉(zhuǎn)動，下旋轉(zhuǎn)電機(jī)11驅(qū)動坩堝18的轉(zhuǎn)動，便于取出藍(lán)寶石晶體；控制器17與CXD視頻傳感器2及熱電偶12對應(yīng)配合，能夠精確控制整個加工過程，加工精度高，提高加工效率，降低加工成本，工藝操作簡單，節(jié)能環(huán)保，安全可靠。
權(quán)利要求1.一種藍(lán)寶石晶體生長用的長晶爐結(jié)構(gòu)，其特征是包括爐體(16)，所述爐體(16)的下部設(shè)有用于放置坩堝(18)的旋轉(zhuǎn)支撐臺(8)，所述旋轉(zhuǎn)支撐臺(8)位于爐體(16)的中心部位；爐體(16)內(nèi)設(shè)有用于對坩堝(18)加熱的熱場(13)，所述熱場(13)位于旋轉(zhuǎn)支撐臺 (8)的外圈；爐體(16)內(nèi)對應(yīng)于熱場(13)的外圈設(shè)有保溫層(7)；爐體(16)的底端設(shè)有進(jìn)水口( 9 )及出水口( 10 )，所述進(jìn)水口( 9 )與出水口( 10 )與爐體(16 )相連通；爐體(16 )的上部設(shè)有氣管(3)，所述氣管(3)與爐體(16)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的藍(lán)寶石晶體生長用的長晶爐結(jié)構(gòu)，其特征是所述熱場(13)包括電磁或電阻加熱線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的藍(lán)寶石晶體生長用的長晶爐結(jié)構(gòu)，其特征是所述旋轉(zhuǎn)支撐臺(8) 與用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)支撐臺(8)轉(zhuǎn)動的下驅(qū)動電機(jī)(11)相連；旋轉(zhuǎn)支撐臺(8)的中心區(qū)設(shè)有旋轉(zhuǎn)支撐軸(15)，所述旋轉(zhuǎn)支撐軸(15)與下旋轉(zhuǎn)電機(jī)(11)的輸出軸相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的藍(lán)寶石晶體生長用的長晶爐結(jié)構(gòu)，其特征是所述爐體(16)內(nèi)的底端設(shè)有用于測溫的熱電偶(12)；所述熱電偶(12)為錸釷合金熱電偶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的藍(lán)寶石晶體生長用的長晶爐結(jié)構(gòu)，其特征是所述爐體(16)內(nèi)的上部設(shè)有CXD視頻傳感器(2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的藍(lán)寶石晶體生長用的長晶爐結(jié)構(gòu)，其特征是所述爐體(16)的上方設(shè)有上旋轉(zhuǎn)電機(jī)(1)，所述上旋轉(zhuǎn)電機(jī)(1)的輸出軸上設(shè)有引晶柱(14)，所述引晶柱(14) 對應(yīng)于與上旋轉(zhuǎn)電機(jī)(1)的輸出軸相連的另一端伸入爐體(16)內(nèi)；引晶柱(14)對應(yīng)于伸入爐體(16)內(nèi)的端部安裝有籽晶(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的藍(lán)寶石晶體生長用的長晶爐結(jié)構(gòu)，其特征是所述上旋轉(zhuǎn)電機(jī)(1) 與控制器(17)的輸出端相連，所述控制器(17)分別與用于觀察爐體(16)內(nèi)的CCD視頻傳感器(2)、用于測量爐體(16)內(nèi)工作溫度的熱電偶(12)及下旋轉(zhuǎn)電機(jī)(11)相連；所述下旋轉(zhuǎn)電機(jī)(11)的輸出軸與旋轉(zhuǎn)支撐臺(8)相連。
專利摘要本實用新型涉及一種藍(lán)寶石晶體生長有的長晶爐結(jié)構(gòu)，按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述藍(lán)寶石晶體生長用的長晶爐結(jié)構(gòu)，包括爐體，所述爐體的下部設(shè)有用于放置坩堝的旋轉(zhuǎn)支撐臺，所述旋轉(zhuǎn)支撐臺位于爐體的中心部位；爐體內(nèi)設(shè)有用于對坩堝加熱的熱場，所述熱場位于旋轉(zhuǎn)支撐臺的外圈；爐體內(nèi)對應(yīng)于熱場的外圈設(shè)有保溫層；爐體的底端設(shè)有進(jìn)水口及出水口，所述進(jìn)水口與出水口與爐體相連通；爐體的上部設(shè)有氣管，所述氣管與爐體相連通。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單緊湊，加工方便，加工精度高，節(jié)能環(huán)保，適用性好，安全可靠。
文檔編號C30B15/00GK202099407SQ201120166998
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者張新忠, 曹俊輝, 謝旭明 申請人:無錫斯達(dá)新能源科技有限公司