專利名稱：一種控制藍寶石生長尺寸的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于晶體生長技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種藍寶石生長的控制方法，尤其涉及一種控制藍寶石生長尺寸的方法；同時，本發(fā)明還涉及一種控制藍寶石生長尺寸的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
藍寶石的組成為氧化鋁(Al2O3)，是由三個氧原子和兩個鋁原子以共價鍵型式結(jié)合而成，其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶格結(jié)構(gòu)。由于藍寶石具有高聲速、耐高溫、抗腐蝕、高硬度、高透光性、熔點高(2045°C)等特點，因此常被用來作為光電元件的材料。目前超高亮度白/藍光LED的品質(zhì)取決于氮化鎵外延層(GaN)的材料品質(zhì)，而氮化鎵外延層品質(zhì)則與所使用的藍寶石襯底表面加工品質(zhì)息息相關(guān)。由于藍寶石(單晶Al2O3) c面與III - V和II - VI族沉積薄膜之間的晶格常數(shù)失配率小，同時符合GaN外延制作過程中耐高溫的要求，使得藍寶石晶片成為制作白/藍/綠光LED的關(guān)鍵材料。藍寶石晶體材料的生長方法目前已有很多種方法，主要有泡生法(即Kyropolos法，簡稱 Ky 法)、導(dǎo)模法(即 edge defined film-fed growth techniques 法，簡稱 EFG 法)、熱交換法(即heat exchange method法,簡稱HEM法)、、提拉法(即Czochralski,簡稱Cz法)布里奇曼法(即Bridgman法,或相■禍下降法)等。傳統(tǒng)控制尺寸的方式多采用根據(jù)光學(xué)成像，檢測生長晶體尺寸，并通過調(diào)整加熱電源的功率(電流或電壓)，來改變爐體內(nèi)的溫度分布，控制生長晶體的尺寸，此類方法對光學(xué)成像要求較高，部分如Ky, Bridgman法等均無法對晶體成像,而調(diào)整電源輸出功率(電流或電壓)的方式，對于爐體內(nèi)的溫度分布存在較大的滯后性，無法精確控制晶體尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種控制藍寶石生長尺寸的方法，可提高對晶體控制尺寸的精確性，提聞監(jiān)寶石晶體的品質(zhì)。此外，本發(fā)明還提供一種控制藍寶石生長尺寸的系統(tǒng)，可提高對晶體控制尺寸的精確性，提聞監(jiān)寶石晶體的品質(zhì)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種控制藍寶石生長尺寸的方法，所述方法包括如下步驟步驟SI、將設(shè)定重量的高純藍寶石塊料或粉料裝入坩堝，選用a向或m向或c向或r向的定向籽晶固定到提拉機構(gòu)上；步驟S2、將晶體生長爐真空度抽至10_3Pa量級；步驟S3、通過加熱器控制晶體生長爐升溫至200(T21(KrC，直至藍寶石原料熔化為熔體；在結(jié)晶界面的上方及下方加載電流或電壓，電流或電壓的一端位于結(jié)晶界面以上/下的低溫區(qū)，一端位于結(jié)晶界面以下/上的高溫區(qū)；低溫區(qū)的接入點溫度為150(T210(TC，高溫區(qū)的接入點溫度為180(T2200°C ;由于藍寶石在高溫或融化狀態(tài)下會變?yōu)閷?dǎo)體，只需根據(jù)測量的電壓或電阻值，便可獲得晶體的截面積，再通過改變電流的大小或方向，改變電流在固-液生長界面上的流動方向，使固液界面放熱或吸熱，實現(xiàn)精確控制藍寶石的生長尺寸；電流或電壓由熔體流向晶體，結(jié)晶界面略微變?。浑娏骰螂妷河删w向熔體，結(jié)晶界面略微增加；步驟S4、通過提拉機構(gòu)與自動控制系統(tǒng)配合，完成晶體生長；步驟S5、進行晶體的退火處理，退火溫度為160(T200(TC ；步驟S6、以1(T60°C /h的速度緩慢降溫；步驟S7、爐內(nèi)溫度降至室溫后，取出晶體，加工成所需晶棒。一種控制藍寶石生長尺寸的方法，所述方法包括如下步驟 步驟一、在藍寶石生長界面的上方及下方，即彎液面的上方及下方，接入直流電源；直流電源的兩端分別接入藍寶石生長界面的上方及下方；步驟二、監(jiān)測加載于結(jié)晶界面上方及下方的電流或電壓，以此來判定晶體的即時尺寸；步驟三、調(diào)整電流或電壓的大小或/和方向，控制藍寶石生長的尺寸；控制方法為若電流由熔體流向晶體，結(jié)晶界面變小；若電流由晶體向熔體，結(jié)晶界面增加。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，接入直流電源的一端位于結(jié)晶界面以上/下的低溫區(qū)，一端位于結(jié)晶界面以下/上的高溫區(qū)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，低溫區(qū)的接入點溫度為150(T210(TC，高溫區(qū)的接入點溫度為180(T220(TC。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，低溫區(qū)的接入點隨晶體生長而改變，保證低溫區(qū)的接入點與高溫區(qū)的接入點有固定的溫度差、位差；高溫區(qū)的接入點隨熔體液面變化而變化，保證高溫區(qū)的接入點與低溫區(qū)的接入點有固定的溫度差、位差。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟二中，通過檢測一定距離的壓降或壓升量，判斷晶體的截面積，即晶體的尺寸。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，晶體與熔體之間存在一個固有的接觸電壓且會有電流流過，該電流或電壓與接入的直流電源的電流或電壓形成總的監(jiān)測結(jié)果。一種控制藍寶石生長尺寸的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括直流電源，直流電源的兩端分別接入藍寶石生長界面的上方及下方，即彎液面的上方及下方；監(jiān)測模塊，用以監(jiān)測加載于結(jié)晶界面上方及下方的電流或電壓，以此來判定晶體的即時尺寸；調(diào)整模塊，用以調(diào)整電流或電壓的大小或/和方向，控制藍寶石生長的尺寸；控制方法為若電流由熔體流向晶體，結(jié)晶界面變??；若電流由晶體向熔體，結(jié)晶界面增加。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述調(diào)整模塊適應(yīng)設(shè)定電流/電壓與實際電流/電壓的差異，并改變電流完成自動生長的過程。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的控制藍寶石生長尺寸的方法及系統(tǒng)，通過電壓、電流等信號直接判定藍寶石尺寸，并利用自控電路直接控制藍寶石生長界面進而控制藍寶石尺寸，響應(yīng)速度比傳統(tǒng)意義上調(diào)整加熱電源更為迅速，控制尺寸更精確。本發(fā)明既可以提聞監(jiān)寶石晶體的品質(zhì)，也可以提聞監(jiān)寶石材料的利用率、節(jié)省材料、簡化工藝程序，大大降低生產(chǎn)成本。


圖I為實施例一中控制藍寶石生長尺寸的方法的流程圖。圖2為本發(fā)明控制藍寶石生長尺寸的系統(tǒng)的連接示意圖。圖3為本發(fā)明控制藍寶石生長尺寸的系統(tǒng)的另一連接示意圖。圖4為實施例二中控制藍寶石生長尺寸的方法的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。實施例一本發(fā)明揭示了一種控制藍寶石生長尺寸的方法，通過監(jiān)測加載于結(jié)晶界面的電流(電壓)來判定即時晶體尺寸，并通過調(diào)整部分電流(電壓)的方向?qū)崿F(xiàn)調(diào)整晶體尺寸，是一種利用珀爾貼效應(yīng)控制的方法。請參閱圖1，所述方法包括如下步驟步驟一在藍寶石生長界面的上方及下方，即彎液面的上方及下方，接入直流電源；直流電源的兩端分別接入藍寶石生長界面的上方及下方。接入直流電源的一端位于結(jié)晶界面以上/下的低溫區(qū)，一端位于結(jié)晶界面以下/上的高溫區(qū)。低溫區(qū)的接入點溫度為150(T210(TC，高溫區(qū)的接入點溫度為180(T220(TC。本實施例中，如圖2、圖3所示，直流電源的兩端分別接入藍寶石晶體I的底部，熔體2的頂部；熔體2位于坩堝3中。步驟二監(jiān)測加載于結(jié)晶界面上方及下方的電流或電壓，以此來判定晶體的即時尺寸。具體地，通過檢測一定距離的壓降或壓升量，判斷晶體的截面積，即晶體的尺寸。晶體I與熔體2之間存在一個固有的接觸電壓且會有電流流過，該電流或電壓與接入的直流電源的電流或電壓形成總的監(jiān)測結(jié)果。步驟三調(diào)整電流或電壓的大小或/和方向，控制藍寶石生長的尺寸；控制方法為若電流由熔體流向晶體，結(jié)晶界面變小；若電流由晶體向熔體，結(jié)晶界面增加。同時，如圖3所示，可以通過定型機構(gòu)5控制藍寶石的生長形狀。低溫區(qū)的接入點隨晶體生長而改變，保證低溫區(qū)的接入點與高溫區(qū)的接入點有固定的溫度差、位差。高溫區(qū)的接入點隨熔體液面變化而變化，保證高溫區(qū)的接入點與低溫區(qū)的接入點有固定的溫度差、位差。以上介紹了本發(fā)明控制藍寶石生長尺寸的方法的流程，本發(fā)明在揭示上述控制藍寶石生長尺寸的方法的同時，還揭示一種控制藍寶石生長尺寸的系統(tǒng)，請參閱圖2、圖3，該系統(tǒng)主要為一自動控制電路4 ;所述系統(tǒng)包括直流電源、監(jiān)測模塊、調(diào)整模塊。直流電源的兩端分別接入藍寶石生長界面的上方及下方，即彎液面的上方及下方。本實施例中，如圖2、圖3所示，直流電源的兩端分別接入藍寶石晶體I的底部，熔體2的頂部。監(jiān)測模塊用以監(jiān)測加載于結(jié)晶界面上方及下方的電流或電壓，以此來判定晶體的即時尺寸。調(diào)整模塊用以調(diào)整電流或電壓的大小或/和方向，控制藍寶石生長的尺寸；控制方法為若電流由熔體流向晶體，結(jié)晶界面變小；若電流由晶體向熔體，結(jié)晶界面增加。所述調(diào)整模塊適應(yīng)設(shè)定電流/電壓與實際電流/電壓的差異，并改變電流完成自動生長的過程。同時，如圖3所示，可以通過定型機構(gòu)5控制藍寶石的生長形狀。實施例二請參閱圖4，本實施例揭示一種控制藍寶石生長尺寸的方法，所述方法包括如下步驟步驟SI將設(shè)定重量的高純藍寶石塊料或粉料裝入坩堝，選用a向[1120]或m向[1010]或C向或r向的定向籽晶固定到提拉機構(gòu)上；步驟S2將晶體生長爐真空度抽至10_3Pa量級；步驟S3通過加熱器控制晶體生長爐升溫至200(T210(rC，直至藍寶石原料熔化為熔體；在結(jié)晶界面的上方及下方加載電流或電壓，電流或電壓的一端位于結(jié)晶界面以上/下的低溫區(qū)，一端位于結(jié)晶界面以下/上的高溫區(qū)；低溫區(qū)的接入點溫度為150(T210(TC，高溫區(qū)的接入點溫度為180(T220(TC ;本實施例中，接入點為1950°C與2100°C，長度30mm。由于藍寶石在高溫或融化狀態(tài)下會變?yōu)閷?dǎo)體，只需根據(jù)測量的電壓或電阻值，便可獲得晶體的截面積，再通過改變電流的大小或方向，改變電流在固-液生長界面上的流動方向，使固液界面放熱或吸熱，實現(xiàn)精確控制藍寶石的生長尺寸；電流或電壓由熔體流向晶體，結(jié)晶界面略微變?。浑娏骰螂妷河删w向熔體，結(jié)晶界面略微增加。步驟S4通過提拉機構(gòu)與自動控制系統(tǒng)配合，完成晶體生長。步驟S5進行晶體的退火處理，退火溫度為160(T200(TC。步驟S6以1(T60°C/h的速度緩慢降溫。步驟S7爐內(nèi)溫度降至室溫后，取出晶體，加工成所需晶棒。綜上所述，本發(fā)明提出的控制藍寶石生長尺寸的方法及系統(tǒng)，通過電壓、電流等信號直接判定藍寶石尺寸，并利用自控電路直接控制藍寶石生長界面進而控制藍寶石尺寸，響應(yīng)速度比傳統(tǒng)意義上調(diào)整加熱電源更為迅速，控制尺寸更精確。本發(fā)明既可以提高藍寶石晶體的品質(zhì)，也可以提高藍寶石材料的利用率、節(jié)省材料、簡化工藝程序，大大降低生產(chǎn)成本。這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。
權(quán)利要求
1.ー種控制藍寶石生長尺寸的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 步驟SI、將設(shè)定重量的高純藍寶石塊料或粉料裝入坩堝，選用a向或m向或C向或r向的定向籽晶固定到提拉機構(gòu)上； 步驟S2、將晶體生長爐真空度抽至10_3Pa量級； 步驟S3、通過加熱器控制晶體生長爐升溫至200(T210(TC，直至藍寶石原料熔化為熔體；在結(jié)晶界面的上方及下方加載電流或電壓，電流或電壓的一端位于結(jié)晶界面以上/下的低溫區(qū)，一端位于結(jié)晶界面以下/上的高溫區(qū)；低溫區(qū)的接入點溫度為150(T210(TC，高溫區(qū)的接入點溫度為180(T220(TC ;由于藍寶石在高溫或融化狀態(tài)下會變?yōu)閷?dǎo)體，只需根據(jù)測量的電壓或電阻值，便可獲得晶體的截面積，再通過改變電流的大小或方向，改變電流在固-液生長界面上的流動方向，使固液界面放熱或吸熱，實現(xiàn)精確控制藍寶石的生長尺寸；電流或電壓由熔體流向晶體，結(jié)晶界面略微變小；電流或電壓由晶體向熔體，結(jié)晶界面略微增加； 步驟S4、通過提拉機構(gòu)與自動控制系統(tǒng)配合，完成晶體生長； 步驟S5、進行晶體的退火處理，退火溫度為160(T200(TC ； 步驟S6、以1(T60°C /h的速度緩慢降溫； 步驟S7、爐內(nèi)溫度降至室溫后，取出晶體，加工成所需晶棒。
2.ー種控制藍寶石生長尺寸的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 步驟一、在藍寶石生長界面的上方及下方，即彎液面的上方及下方，接入直流電源；直流電源的兩端分別接入藍寶石生長界面的上方及下方； 步驟ニ、監(jiān)測加載于結(jié)晶界面上方及下方的電流或電壓，以此來判定晶體的即時尺寸； 步驟三、調(diào)整電流或電壓的大小或/和方向，控制藍寶石生長的尺寸；控制方法為若電流由熔體流向晶體，結(jié)晶界面變?。蝗綦娏饔删w向熔體，結(jié)晶界面増加。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制藍寶石生長尺寸的方法，其特征在于 接入直流電源的一端位于結(jié)晶界面以上/下的低溫區(qū)，一端位于結(jié)晶界面以下/上的高溫區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制藍寶石生長尺寸的方法，其特征在于 低溫區(qū)的接入點溫度為1500 2100で，高溫區(qū)的接入點溫度為1800 2200で。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制藍寶石生長尺寸的方法，其特征在于 低溫區(qū)的接入點隨晶體生長而改變，保證低溫區(qū)的接入點與高溫區(qū)的接入點有固定的溫度差、位差； 高溫區(qū)的接入點隨熔體液面變化而變化，保證高溫區(qū)的接入點與低溫區(qū)的接入點有固定的溫度差、位差。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制藍寶石生長尺寸的方法，其特征在于 所述步驟ニ中，通過檢測一定距離的壓降或壓升量，判斷晶體的截面積，即晶體的尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制藍寶石生長尺寸的方法，其特征在于 晶體與熔體之間存在ー個固有的接觸電壓且會有電流流過，該電流或電壓與接入的直流電源的電流或電壓形成總的監(jiān)測結(jié)果。
8.ー種控制藍寶石生長尺寸的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括 直流電源，直流電源的兩端分別接入藍寶石生長界面的上方及下方，即彎液面的上方及下方； 監(jiān)測模塊，用以監(jiān)測加載于結(jié)晶界面上方及下方的電流或電壓，以此來判定晶體的即時尺寸； 調(diào)整模塊，用以調(diào)整電流或電壓的大小或/和方向，控制藍寶石生長的尺寸；控制方法為若電流由熔體流向晶體，結(jié)晶界面變??；若電流由晶體向熔體，結(jié)晶界面増加。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制藍寶石生長尺寸的系統(tǒng)，其特征在于 所述調(diào)整模塊適應(yīng)設(shè)定電流/電壓與實際電流/電壓的差異，并改變電流完成自動生長的過程。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種控制藍寶石生長尺寸的方法及系統(tǒng)，所述方法包括如下步驟在藍寶石生長界面的上方及下方，即彎液面的上方及下方，接入直流電源；監(jiān)測加載于結(jié)晶界面上方及下方的電流或電壓，以此來判定晶體的即時尺寸；調(diào)整電流或電壓的大小或/和方向，控制藍寶石生長的尺寸；控制方法為若電流由熔體流向晶體，結(jié)晶界面變??；若電流由晶體向熔體，結(jié)晶界面增加。本發(fā)明提出的控制藍寶石生長尺寸的方法及系統(tǒng)，通過電壓、電流等信號直接判定藍寶石尺寸，并利用自控電路直接控制藍寶石生長界面進而控制藍寶石尺寸，響應(yīng)速度比傳統(tǒng)意義上調(diào)整加熱電源更為迅速，控制尺寸更精確。
文檔編號C30B15/20GK102677170SQ201210172028
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者劉一凡, 孫大偉, 維塔利·塔塔琴科, 薛衛(wèi)明, 陳文淵 申請人:上海中電振華晶體技術(shù)有限公司