專利名稱：三維藍(lán)寶石晶體生長裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
三維藍(lán)寶石晶體生長裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種藍(lán)寶石晶體生長裝置，尤其是一種三維藍(lán)寶石晶體生長裝置。
背景技術(shù)：
[0002]藍(lán)寶石晶體具有硬度高(莫氏9級)、在紫外到中紅外波段透過性能好、耐磨、抗腐蝕、很高的熱導(dǎo)率、高溫下抗形變能力強(qiáng)、極好的電氣特性和介電特性等突出的特點(diǎn)，藍(lán)寶石晶體不僅在傳統(tǒng)鐘表等行業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，而且在諸如微電子及光電子、高級光學(xué)儀器等現(xiàn)代高科技工業(yè)中發(fā)揮著無可替代的作用，藍(lán)寶石晶體是目前應(yīng)用最為廣泛的基礎(chǔ)材料之一，尤其是微電子及光電子產(chǎn)業(yè)極為重要的基礎(chǔ)材料。[0003]藍(lán)寶石晶體從熔體中生長的生長方式，由于其具有生長速率快，純度高和晶體完整性好等特點(diǎn)，因而成為制備大尺寸和特定形狀晶體的最常用的晶體生長方式。[0004]目前可用來以熔體生長方式人工生長藍(lán)寶石晶體的方法主要有泡生法焰、提拉法、導(dǎo)模法、熱交換法、溫度梯度法等。然而這些主流生長方法都存在生長周期長，工藝復(fù)雜，成本高的固有缺點(diǎn)且生長大尺寸藍(lán)寶石晶體由于溫度梯度控制較難而產(chǎn)生過大應(yīng)力導(dǎo)致碎裂的問題。另外，由于以上工藝無法在C軸方向生長優(yōu)質(zhì)的藍(lán)寶石晶體，因而用于LED 襯底藍(lán)寶石晶體成品還需要“陶棒”工序，普遍的圓柱形或梨形晶體陶棒率只有38%左右。[0005]因此，研發(fā)出一種大尺寸，高利用率，短周期，低成本可用于LED襯底的優(yōu)質(zhì)藍(lán)寶石晶體生長裝置，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的技術(shù)問題。發(fā)明內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種可以生長大尺寸的藍(lán)寶石晶體、高利用率、短周期、低成本的三維藍(lán)寶石晶體生長裝置。[0007]按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述三維藍(lán)寶石晶體生長裝置，包括爐體，在爐體的外殼上設(shè)有真空系統(tǒng)，在爐體內(nèi)設(shè)有保溫屏，在保溫屏內(nèi)固定有坩堝，在坩堝內(nèi)底部設(shè)有籽晶槽，在坩堝的上方設(shè)有上方熱電偶與上加熱體，在坩堝的下方設(shè)有下熱電偶與下加熱體，在坩堝的左側(cè)設(shè)有左熱電偶與左加熱體，在坩堝的右側(cè)設(shè)有右熱電偶與右加熱體，在坩堝的前方設(shè)有前方熱電偶與前方加熱體，在坩堝的后方設(shè)有后方熱電偶與后方加熱體。[0008]所述坩堝的上段為豎直設(shè)置的長方管體，坩堝的下段為楔面體，坩堝的上段下端部與坩堝的下段上端部相接。[0009]本實(shí)用新型使得藍(lán)寶石晶體在長寬高三個方向同時(shí)生長，從而提高了晶體的生長速度，更重要的是節(jié)約了能源消耗，降低了生產(chǎn)的時(shí)間、人力、物力成本，縮短了生產(chǎn)周期， 提高了生產(chǎn)效率。另外，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)生長的藍(lán)寶石晶體為長方體狀，所述晶體“陶 棒”利用率非常高，相對于一般的圓柱狀或梨狀晶體約38%得棒率，長方體狀的晶體得棒率達(dá)到了 78%。


[0010]圖1是本實(shí)用新型的主視圖。[0011]圖2是本實(shí)用新型的俯視圖。
具體實(shí)施方式
[0012]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不因此限制本實(shí)用新型的內(nèi)容。[0013]如圖所示，該三維藍(lán)寶石晶體生長裝置，包括爐體9，在爐體9的外殼上設(shè)有真空系統(tǒng)12，在爐體9內(nèi)設(shè)有保溫屏3，在保溫屏3內(nèi)固定有坩堝1，在坩堝I內(nèi)底部設(shè)有籽晶槽 2，在坩堝I的上方設(shè)有上方熱電偶7與上加熱體8，在坩堝I的下方設(shè)有下熱電偶5與下加熱體6，在坩堝I的左側(cè)設(shè)有左熱電偶13與左加熱體14，在坩堝I的右側(cè)設(shè)有右熱電偶11 與右加熱體10，在坩堝I的前方設(shè)有前方熱電偶15與前方加熱體16，在坩堝I的后方設(shè)有后方熱電偶17與后方加熱體18。[0014]所述坩堝I的上段為豎直設(shè)置的長方管體，坩堝I·的上段對應(yīng)的坩堝I內(nèi)部空間為晶體生長室4，坩堝I的下段為楔面體，坩堝I的上段下端部與坩堝I的下段上端部相接。[0015]如圖1所示，坩堝I為異形長方體狀，堝體I的下部是長方形籽晶槽2，往上連接晶體生長室4的部分，坩堝I呈“倒金字塔“型是為了減少晶體生長初期孿晶與多晶的產(chǎn)生使得晶體開裂，而晶體生長室4呈長方體狀。以坩堝I為中心的六面分別有六塊加熱體下加熱體6、上加熱體8、右加熱體10、左加熱體14、前方加熱體16與后方加熱體18以及六個熱電偶下熱電偶5、上方熱電偶7、右熱電偶11、左熱電偶13、前方熱電偶15與后方熱電偶 17，而包圍上述加熱器的是密封的保溫屏3，保溫屏3的作用是減少熱損耗并穩(wěn)定熱場。最外圍是不銹鋼爐體9及其側(cè)面連接真空系統(tǒng)12。[0016]圖2是三維加熱器的俯視圖，系統(tǒng)擁有六個可獨(dú)立完成操作的加熱體，實(shí)際加熱時(shí)分為三組上下，左右及前后。以前后組為例，操作時(shí)通過分別控制前加熱體16與后加熱體18的功率大小使得前后方向上產(chǎn)生了合適的溫度梯度以供晶體生長，期間利用前方熱電偶15與后方熱電偶17對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以保證熱場穩(wěn)定，晶體有序生長。其余兩組同理，而三組有效的組合起來就可以實(shí)現(xiàn)了晶體的三維生長。整個過程保溫屏與加熱體共同提供了一個均勻穩(wěn)定的熱場，而六個熱電偶起到了實(shí)時(shí)監(jiān)控的作用以保證熱場的穩(wěn)定性。[0017]實(shí)施例1[0018]用上述的長方體狀立體三維的藍(lán)寶石晶體生長裝置進(jìn)行藍(lán)寶石晶體的生長。坩堝的壁厚3mm，寬度120mm，高150mm，長度為150mm。坩堝籽晶槽深度為5mm，寬度為15mm，長度為40mm。將原料裝入底部已安置好上述規(guī)格籽晶的坩堝中，并調(diào)整好坩堝的位置。待裝爐完成后，開啟真空系統(tǒng)12，當(dāng)爐體9內(nèi)真空度達(dá)到2X 10_3Pa后，開啟加熱裝置包括上下左右前后六個方向至1500°C，保持恒溫3小時(shí)至真空度再次達(dá)到2X 10_3Pa后，繼續(xù)升溫至下熱電偶5的測量溫度達(dá)2060°C、而右熱電偶11、左熱電偶13、前方熱電偶15、后方熱電偶17 與上方熱電偶7的測量溫度達(dá)208(T210(TC，恒溫3小時(shí)待原料全部熔化并保持籽晶與熔體熔接后啟動程序調(diào)整各組加熱體的功率大小使坩堝在立體空間的三個維度上產(chǎn)生合適的溫度梯度，當(dāng)加熱體的溫度以O(shè). 15°C /分的速度下降時(shí)開始晶體的立體三維生長。1880°C 以后經(jīng)過50小時(shí)冷卻到常溫，取出藍(lán)寶石晶體，獲得寬120_、長度150_、高度120_完全沒有類似氣泡、雙晶、裂紋等內(nèi)部缺陷的藍(lán)寶石晶體。[0019]實(shí)施例2[0020]本實(shí)施例中所使用的晶體生長裝置與實(shí)施例1相同，使用了壁厚2mm，寬155mm， 高170mm，長度為300mm。籽晶槽深度為5mm，寬度為20mm，長度為120mm。將原料裝入底部已安置好上述規(guī)格籽晶的坩堝中，并調(diào)整好坩堝的位置。待裝爐完成后，開啟真空系統(tǒng)12， 當(dāng)爐體9內(nèi)真空度達(dá)到2X10_3Pa后，開啟加熱裝置包括上下左右前后六個方向至1500°C， 保持恒溫3小時(shí)至真空度再次達(dá)到2X10_3Pa后，繼續(xù)升溫至爐內(nèi)下熱電偶5的測量溫度達(dá)2060°C、而中部右熱電偶11、左熱電偶13、前方熱電偶15、后方熱電偶17與上方熱電偶 7測量溫度達(dá)208(T2100°C，恒溫4小時(shí)待原料全部熔化并保持籽晶與熔體熔接后啟動程序調(diào)整 各組加熱體的功率大小使坩堝在立體空間的三個維度上產(chǎn)生合適的溫度梯度，當(dāng)加熱體的溫度以O(shè). 15°C /分的速度下降時(shí)開始晶體的立體三維生長。1880°C以后經(jīng)過60小時(shí)冷卻到常溫，取出藍(lán)寶石晶體，獲得寬155_、長度300_、高度160_完全沒有類似氣泡、雙晶、裂紋等內(nèi)部缺陷的藍(lán)寶石晶體。[0021]實(shí)施例2中的藍(lán)寶石晶體大小比實(shí)施例1增加了 3倍，其大小雖然增加了而整個晶體生長過程所需要的時(shí)間幾乎等同于實(shí)施例1。而且所獲得的藍(lán)寶石晶體完整透明、無類似氣泡、雙晶、裂紋等內(nèi)部的缺陷。
權(quán)利要求1.ー種三維藍(lán)寶石晶體生長裝置，其特征是包括爐體(9)，在爐體(9)的外殼上設(shè)有真空系統(tǒng)(12)，在爐體(9)內(nèi)設(shè)有保溫屏(3)，在保溫屏(3)內(nèi)固定有坩堝(1)，在坩堝(I)內(nèi)底部設(shè)有籽晶槽(2)，在坩堝(I)的上方設(shè)有上方熱電偶(7)與上加熱體(8)，在坩堝(I)的下方設(shè)有下熱電偶(5 )與下加熱體(6 )，在坩堝(I)的左側(cè)設(shè)有左熱電偶(13 )與左加熱體(14)，在坩堝(I)的右側(cè)設(shè)有右熱電偶(11)與右加熱體(10)，在坩堝(I)的前方設(shè)有前方熱電偶(15)與前方加熱體(16)，在坩堝(I)的后方設(shè)有后方熱電偶(17)與后方加熱體(18)。
2.如權(quán)利要求1所述的三維藍(lán)寶石晶體生長裝置，其特征是所述坩堝(I)的上段為豎直設(shè)置的長方管體，坩堝(I)的下段為楔面體，坩堝(I)的上段下端部與坩堝(I)的下段上端部相接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種三維藍(lán)寶石晶體生長裝置，在爐體的外殼上設(shè)有真空系統(tǒng)，在爐體內(nèi)設(shè)有保溫屏，在保溫屏內(nèi)固定有坩堝，在坩堝內(nèi)底部設(shè)有籽晶槽，在坩堝的上方設(shè)有上方熱電偶與上加熱體，在坩堝的下方設(shè)有下熱電偶與下加熱體，在坩堝的左側(cè)設(shè)有左熱電偶與左加熱體，在坩堝的右側(cè)設(shè)有右熱電偶與右加熱體，在坩堝的前方設(shè)有前方熱電偶與前方加熱體，在坩堝的后方設(shè)有后方熱電偶與后方加熱體。本實(shí)用新型使得藍(lán)寶石晶體在長寬高三個方向同時(shí)生長，從而提高了晶體的生長速度，更重要的是節(jié)約了能源消耗，降低了生產(chǎn)的時(shí)間、人力、物力成本，縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號C30B29/20GK202865394SQ201220495000
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者倪屹, 司繼良 申請人:倪屹, 司繼良