專(zhuān)利名稱(chēng)：一種藍(lán)寶石生長(zhǎng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種藍(lán)寶石生長(zhǎng)爐，屬于結(jié)晶工藝學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)工藝多采用泡生法、熱交換法、提拉法和導(dǎo)模法等，其中，泡生法工藝最為成熟，占據(jù)70%以上的市場(chǎng)份額，熱交換法占據(jù)一部分市場(chǎng)份額，提拉法和導(dǎo)模法工藝難以滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的實(shí)際需求。但是，泡生法直接由上至下生長(zhǎng)A向的藍(lán)寶石晶體，而作為用于LED的基片多為C 向，因而所有泡生法生長(zhǎng)的晶體都將進(jìn)行橫向掏棒，然后將掏出的晶棒打磨，拋光等，最后切割成晶片，晶棒的利用率比較低；熱交換法是將C向籽晶預(yù)先鋪設(shè)在坩堝底部，并在原料熔化的過(guò)程中不斷通氣以冷卻籽晶，在確保原料化盡后降低功率實(shí)現(xiàn)基于籽晶的生長(zhǎng)，由于籽晶在坩堝內(nèi)部，因此，為了保持籽晶不被熔化，需要大量惰性氣體循環(huán)進(jìn)行熱交換，加大了生產(chǎn)中的能耗，并且，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，底部籽晶的狀況難以知曉，在隨后的生長(zhǎng)過(guò)程中，由于不能完全控制籽晶的縱向橫向的生長(zhǎng)速率比，所以可能會(huì)造成晶體與坩堝內(nèi)壁過(guò)早接觸，造成晶體開(kāi)裂。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種新型的藍(lán)寶石生長(zhǎng)爐，采用氣體冷卻的方法控制籽晶不被熔化，從上至下生長(zhǎng)晶體，通過(guò)控制冷卻氣體的流量、溫度及加熱裝置的功率等， 調(diào)節(jié)晶體的生長(zhǎng)速率，解決泡生法不易引晶以及晶體生長(zhǎng)過(guò)程中晶體方向及長(zhǎng)晶速率不易控制的缺陷。本實(shí)用新型提供了一種藍(lán)寶石生長(zhǎng)爐，它包括真空爐殼、坩堝、加熱裝置、籽晶固定裝置、惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)、真空裝置；其中，加熱裝置位于真空爐殼的底部，坩堝置于加熱裝置包圍的空間內(nèi)；籽晶固定裝置位于坩堝的上方，用于固定籽晶；惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)為一個(gè)獨(dú)立的氣體循環(huán)系統(tǒng)，位于籽晶固定裝置的上方，其底部可以與籽晶的頂部相接，其接觸面積略小于籽晶的頂部表面積；真空裝置與真空爐殼密閉連接，該真空裝置可以位于真空爐殼的四周，如爐殼的上方、側(cè)面或底部。其中，惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)裝在真空爐殼的內(nèi)部或外部。進(jìn)一步地，所述的惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)由抽風(fēng)裝置、可控式熱交換裝置、送風(fēng)裝置組成，其中，可控式熱交換裝置位于抽風(fēng)裝置和送風(fēng)裝置之間，通過(guò)管道分別與抽風(fēng)裝置和送風(fēng)裝置連接；其中，惰性氣體多采用氦氣、氮?dú)獾?。進(jìn)一步地，籽晶固定裝置、惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)可以上下升降，操作時(shí)，籽晶固定裝置裝載籽晶下降，使籽晶接觸坩堝內(nèi)的熔體液面，同時(shí)，惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)也隨之下降，以保持其底部始終與籽晶的頂部相連，從而達(dá)到熱交換的目的。進(jìn)一步地，它還包括紅外測(cè)溫儀，該測(cè)溫儀穿過(guò)真空爐殼，并與籽晶處于同一水平高度。[0010] 進(jìn)一步地，它還包括觀測(cè)孔，該觀測(cè)孔位于籽晶的斜上方的真空爐殼上，用于觀察晶體生長(zhǎng)時(shí)其縱向生長(zhǎng)速率與橫向生長(zhǎng)速率，從而通過(guò)側(cè)、底部加熱裝置以及籽晶頂部的惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)晶體生長(zhǎng)速率。 進(jìn)一步地，所述加熱裝置包括側(cè)部加熱裝置和底部加熱裝置，可以獨(dú)立進(jìn)行控制， 以確保晶體橫向與縱向生長(zhǎng)的可控性。進(jìn)一步地，側(cè)部加熱裝置的高度略高于籽晶的高度，可以保證整個(gè)晶體的溫度一致，實(shí)現(xiàn)原位退火及冷卻。本實(shí)用新型采用氣體冷卻的方法來(lái)控制籽晶不被熔化，又從上至下生長(zhǎng)晶體；分開(kāi)控制側(cè)部及底部加熱裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)晶體的縱向及橫向生長(zhǎng)可控；另外通過(guò)控制冷卻氣體的流量，溫度以及側(cè)部，底部加熱器的功率比等，來(lái)調(diào)節(jié)晶體的生長(zhǎng)速率。既解決了泡生法不易引晶以及晶體生長(zhǎng)過(guò)程中晶體方向及長(zhǎng)晶速率不易控制的缺陷，又克服了熱交換法中晶體生長(zhǎng)情況無(wú)法觀測(cè)及能耗相對(duì)較高的缺點(diǎn)。

圖1本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1-真空爐殼、2-坩堝、3-加熱裝置、5-熔體、6-籽晶固定裝置、7-籽晶、8-紅外測(cè)溫儀、9-觀測(cè)孔、10-惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)、11-真空裝置、12-抽風(fēng)裝置、13-可控式熱交換裝置、14-送風(fēng)裝置、15-側(cè)部加熱裝置、16-底部加熱裝置。
具體實(shí)施方式
如圖1、2、3、4所示，本實(shí)用新型為一種藍(lán)寶石生長(zhǎng)爐，它包括真空爐殼1、坩堝2、 加熱裝置3、籽晶固定裝置6、惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)10、真空裝置11 ；其中，加熱裝置3位于真空爐殼1的底部，坩堝2置于加熱裝置3包圍的空間內(nèi)；籽晶固定裝置6位于坩堝2的正上方，用于固定籽晶7 ；惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)10為一個(gè)獨(dú)立的氣體循環(huán)系統(tǒng)，位于籽晶固定裝置 6的上方；真空裝置11與真空爐殼1密閉連接；其中，惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)10可以安裝在真空爐殼1的內(nèi)部或外部；惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)10由抽風(fēng)裝置12、可控式熱交換裝置13、送風(fēng)裝置14組成，可控式熱交換裝置13位于抽風(fēng)裝置12和送風(fēng)裝置14之間，通過(guò)管道分別與抽風(fēng)裝置12和送風(fēng)裝置14連接；籽晶固定裝置6、惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)10可上下升降；該實(shí)用新型還包括紅外測(cè)溫儀8，該測(cè)溫儀穿過(guò)真空爐殼1，并與籽晶7處于同一水平高度；該實(shí)用新型還包括觀測(cè)孔9，該觀測(cè)孔位于籽晶7的斜上方的真空爐殼1上；該實(shí)用新型中，加熱裝置3包括側(cè)部加熱裝置15和底部加熱裝置16，側(cè)部加熱裝置15的高度略高于籽晶7 的高度。在實(shí)際操作時(shí)，先將純凈的α -Al2O3裝入坩堝2中，通過(guò)籽晶固定裝置6將藍(lán)寶石籽晶7固定于坩堝2上方；通過(guò)加熱裝置將坩堝2加熱到氧化鋁的熔點(diǎn)以上，使氧化鋁形成熔體5，控制熔體的溫度，使溫度略高于熔點(diǎn)，通過(guò)可上下升降籽晶固定裝置6，將籽晶7的高度降低，使部分籽晶7與熔體5相接觸，實(shí)現(xiàn)籽晶7與熔體5充分粘潤(rùn)；再將可上下升降的惰性氣體循環(huán)裝置10向下移動(dòng)，使其底部與籽晶7的頂部相接觸，形成熱交換接觸面，再通過(guò)惰性氣體循環(huán)裝置10中的低溫氮?dú)?，使籽?的頂部溫度低于熔點(diǎn)，使得籽晶7不熔化，并且，循環(huán)的氮?dú)猓粩鄰慕佑|面帶走熱量，這就使熔體5頂部處于過(guò)冷狀態(tài)而結(jié)晶于籽晶7上，使得籽晶7逐漸長(zhǎng)大，并小心調(diào)節(jié)加熱裝置3的功率，最終使得整個(gè)坩堝內(nèi)的熔體全部凝固。在晶體生長(zhǎng)的過(guò)程中，可以通過(guò)觀測(cè)孔9觀察晶體生長(zhǎng)時(shí)其縱向生長(zhǎng)速率與橫向生長(zhǎng)速率，同時(shí)采用紅外測(cè)溫儀測(cè)定籽晶周?chē)臏囟?，從而通過(guò)側(cè)部加熱裝置15、底部加熱裝置16以及籽晶頂部的惰性氣體循環(huán)裝置10來(lái)調(diào)節(jié)晶體生長(zhǎng)速率。而整個(gè)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，可以通過(guò)真空裝置11抽真空，也可以根據(jù)需要，抽真空后，在真空爐殼內(nèi)通入惰性氣體，保持生長(zhǎng)環(huán)境中需要的氣體和壓強(qiáng)。采用本實(shí)用新型生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體時(shí)，將籽晶置于熔體之上，其周?chē)鷾囟鹊陀谘趸X熔點(diǎn)，避免了熱交換法中需要大量惰性氣體循環(huán)熱交換來(lái)保持籽晶不被熔化的缺點(diǎn)；與泡生法不同，該實(shí)用新型中的籽晶的換熱量由氣體種類(lèi)，流量，氣壓，溫度等多個(gè)因素來(lái)調(diào)節(jié)，結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生的熱量可以被精確導(dǎo)出，長(zhǎng)晶速度亦容易控制；另外本實(shí)用新型中側(cè)部加熱裝置的高度高于藍(lán)寶石晶體的高度，在晶體生長(zhǎng)結(jié)束后，通過(guò)控制冷卻氣流量及側(cè)部加熱裝置，可以實(shí)現(xiàn)晶體各段溫度均勻，實(shí)現(xiàn)原位退火。
權(quán)利要求1.一種藍(lán)寶石生長(zhǎng)爐，其特征在于它包括真空爐殼(1)、坩堝(2)、加熱裝置(3)、籽晶固定裝置(6)、惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)(10)、真空裝置(11)；其中，加熱裝置(3)位于真空爐殼 ⑴的底部，坩堝⑵置于加熱裝置⑶包圍的空間內(nèi)；籽晶固定裝置(6)位于坩堝(2)的上方，用于固定籽晶(7)；惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)(10)為一個(gè)獨(dú)立的氣體循環(huán)系統(tǒng)，位于籽晶固定裝置(6)的上方；真空裝置(11)與真空爐殼(1)密閉連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)爐，其特征在于所述惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)(10)安裝在真空爐殼(1)的內(nèi)部或外部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生長(zhǎng)爐，其特征在于所述惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)(10)由抽風(fēng)裝置(12)、可控式熱交換裝置(13)、送風(fēng)裝置(14)組成，其中，可控式熱交換裝置(13) 位于抽風(fēng)裝置(1 和送風(fēng)裝置(14)之間，通過(guò)管道分別與抽風(fēng)裝置(1 和送風(fēng)裝置(14) 連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)爐，其特征在于所述籽晶固定裝置(6)、惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)(10)可上下升降。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)爐，其特征在于它還包括紅外測(cè)溫儀(8)，該測(cè)溫儀穿過(guò)真空爐殼(1)，并與籽晶(7)處于同一高度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)爐，其特征在于它還包括觀測(cè)孔(9)，該觀測(cè)孔位于籽晶(7)的斜上方的真空爐殼⑴上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)爐，其特征在于所述加熱裝置C3)包括側(cè)部加熱裝置 (15)和底部加熱裝置(16)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生長(zhǎng)爐，其特征在于側(cè)部加熱裝置(15)的高度略高于籽晶 (7)的高度。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種藍(lán)寶石生長(zhǎng)爐，它包括真空爐殼、坩堝、加熱裝置、籽晶固定裝置、惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)、真空裝置；其中，加熱裝置位于真空爐殼的底部，坩堝置于加熱裝置包圍的空間內(nèi)；籽晶固定裝置位于坩堝的正上方，用于固定籽晶；惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)為一個(gè)獨(dú)立的氣體循環(huán)系統(tǒng)，其底部與籽晶的頂部相接；真空裝置與真空爐殼密閉連接。本實(shí)用新型解決了泡生法不易引晶以及晶體生長(zhǎng)過(guò)程中晶體方向及長(zhǎng)晶速率不易控制的缺陷，又克服了熱交換法中晶體生長(zhǎng)情況無(wú)法觀測(cè)及能耗相對(duì)較高的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)C30B29/20GK202081191SQ20112017030
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者呂鐵錚 申請(qǐng)人:呂鐵錚