一種具有三加熱器的藍(lán)寶石晶體生長爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及晶體生長爐領(lǐng)域，旨在提供一種具有三加熱器的藍(lán)寶石晶體生長爐。該藍(lán)寶石晶體生長爐包括采用鎢絲編織而成的網(wǎng)狀加熱器，加熱器設(shè)有三個，分別為上部加熱器、中部加熱器和下部加熱器，上部加熱器和中部加熱器分別安裝在藍(lán)寶石晶體生長爐的爐筒上部和中部的電極上，下部加熱器安裝在藍(lán)寶石晶體生長爐的爐底板電極上。本發(fā)明在拉制藍(lán)寶石晶體的過程中，可以針對不同的長晶階段對熱場溫度梯度的不同需求，通過對三個加熱器的功率進(jìn)行配比，使引晶和長晶過程都得到最優(yōu)化的溫度環(huán)境，另外，對于提高晶體生長品質(zhì)，縮短生產(chǎn)周期，提高成品率，降低能耗都具有顯著的效果。
【專利說明】—種具有三加熱器的藍(lán)寶石晶體生長爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于晶體生長爐領(lǐng)域，特別涉及一種具有三加熱器的藍(lán)寶石晶體生長爐。
【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)寶石晶體是用于廣泛制作運(yùn)用于光電產(chǎn)業(yè)的LED的基本原料，然而藍(lán)寶石爐晶體的拉制需要在一種藍(lán)寶石爐內(nèi)，將溫度升至2050°以上，再通過引晶、放肩、等徑、收尾一系列的操作來完成。得到大尺寸、高品質(zhì)的藍(lán)寶石晶體需要有一個適合于藍(lán)寶石晶體生長的溫度環(huán)境，這樣就對藍(lán)寶石爐的熱場結(jié)構(gòu)有著非常高的要求。
[0003]一般藍(lán)寶石爐通過單個電源柜使用銅排軟連接與銅電極對里面的鎢加熱器進(jìn)行加熱，從而形成高溫的環(huán)境。由于通常的鎢加熱器是采用鳥籠的結(jié)構(gòu)形式，使用鳥籠式的加熱器，隨著熱場的老化和變形，其溫度分布持續(xù)變化，難以調(diào)節(jié)，因次需要針對每個熱場的變形情況對熱場結(jié)構(gòu)和長晶工藝進(jìn)行修正，影響了晶體生長的一致性和工藝穩(wěn)定性，并且需要具有熟練掌握熱場和工藝調(diào)整的工程師，人力成本和管理成本很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種可使藍(lán)寶石晶體結(jié)晶凝固得到有效控制的藍(lán)寶 石晶體生長爐。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0005]提供一種具有三加熱器的藍(lán)寶石晶體生長爐，包括加熱器，所述加熱器為采用鎢絲編織而成的網(wǎng)狀加熱器，加熱器設(shè)有三個，分別為上部加熱器、中部加熱器和下部加熱器，上部加熱器和中部加熱器分別安裝在藍(lán)寶石晶體生長爐的爐筒上部和中部的電極上，下部加熱器安裝在藍(lán)寶石晶體生長爐的爐底板電極上。
[0006]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述上部加熱器、中部加熱器和下部加熱器分別豎直安裝在對應(yīng)電極上。
[0007]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述上部加熱器、中部加熱器和下部加熱器分別通過電極、水冷電纜與電源柜連接。
[0008]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述電源柜分別設(shè)有能單獨調(diào)節(jié)三個加熱器加熱功率的獨立電源控制系統(tǒng)。
[0009]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述加熱器設(shè)置在藍(lán)寶石晶體生長爐的坩堝與保溫屏之間。
[0010]提供基于所述的藍(lán)寶石晶體生長爐的控制方法，利用所述藍(lán)寶石晶體生長爐中的加熱器對爐內(nèi)進(jìn)行加溫時，上部加熱器、中部加熱器和下部加熱器的功率符合ΚΙ: K2: K3，其中Kl為上部加熱器的功率，K2為中部加熱器的功率，K3為下部加熱器的功率，且滿足公式Kl=aP、K2=bP、K3=cP和a+b+c=100%，其中a、b、c為比例系數(shù)，a的取值范圍為30%~40%，b的取值范圍為30%~40%，c的取值范圍為30%~40%，P為三個加熱器上的總功率，P的取值范圍為O~85千瓦。
[0011]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述上部加熱器、中部加熱器和下部加熱器上產(chǎn)生的熱量分別滿足公式Q=dU2，其中d為比例系數(shù)，d的取值范圍為130~230，Q為上部加熱器、中部加熱器或者下部加熱器上產(chǎn)生的熱量，U為上部加熱器、中部加熱器或者下部加熱器上的電壓。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0013]在拉制藍(lán)寶石晶體的過程中，可以針對不同的長晶階段對熱場溫度梯度的不同需求，通過對三個加熱器的功率進(jìn)行配比，使引晶和長晶過程都得到最優(yōu)化的溫度環(huán)境，另外，對于提高晶體生長品質(zhì)，縮短生產(chǎn)周期，提高成品率，降低能耗都具有顯著的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中的附圖標(biāo)記為:1上部加熱器；2中部加熱器；3下部加熱器；4爐筒；5電極；6爐底板。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0017]圖1中的一種具有三加熱器的藍(lán)寶石晶體生長爐包括加熱器，加熱器設(shè)有三個，分別為上部加熱器1、中部加熱器2和下部加熱器3。上部加熱器I和中部加熱器2分別豎直安裝在藍(lán)寶石晶體生長爐的爐筒4上部和中部的電極5上，下部加熱器3豎直安裝在藍(lán)寶石晶體生長爐的爐底板6電極5上，且下部加熱器3可以跟隨爐底板6進(jìn)行升降，這樣有利于坩堝的安裝拆卸，而三個加熱器的設(shè)計，使徑向和軸向都有了安裝的空間，與原來的鳥籠式加熱器相比較，其更有利于后期更大裝料量的爐型的設(shè)計。
[0018]加熱器采用鎢絲編織成網(wǎng)狀制作而成，與鳥籠式加熱器比較，增大了加熱面積，加熱器在加熱過程中更加不容易變形，這樣加熱效果更好，使用壽命長。加熱器設(shè)置在藍(lán)寶石晶體生長爐的坩堝與保溫屏之間，并分別通過電極5、水冷電纜與電源柜連接，水冷電纜的采用，對大電流的輸送更加安全可靠，抗折彎能力強(qiáng)，使用壽命長。所述電源柜為每個加熱器提供獨立的電源控制系統(tǒng)，可以單獨調(diào)節(jié)三個加熱器的加熱功率，從而更加容易達(dá)到不同的長晶階段對熱場溫度梯度的不同需求。
[0019]利用所述藍(lán)寶石晶體生長爐中的加熱器對爐內(nèi)進(jìn)行加溫時，上部加熱器1、中部加熱器2和下部加熱器3的功率符合ΚΙ: K2: K3，其中Kl為上部加熱器I的功率，K2為中部加熱器2的功率，K3為下部加熱器3的功率，且滿足公式Kl=aP、K2=bP、K3=cP和a+b+c=100%，其中a、b、c為比例系數(shù)，a的取值范圍為30%~40%，b的取值范圍為30%~40%，c的取值范圍為30%~40%，P為三個加熱器上的總功率，P的取值范圍為O~85千瓦。當(dāng)在熔料狀態(tài)時，KU K2的值差不多，而K3相對高一點，使整個熱場溫度底部更加熱一點，促進(jìn)原料的熔化；在引晶過程中，Kl應(yīng)該不斷下調(diào)，使上部的溫度逐漸降低，直至冷心的出現(xiàn)；在長晶過程中，K1、K2的值應(yīng)該慢慢下調(diào)，使晶體穩(wěn)定地結(jié)晶生長。由于上部加熱器1、中部加熱器2和下部加熱器3上產(chǎn)生的熱量分別滿足公式Q=dU2，其中d為比例系數(shù)，d的取值范圍為130~230，Q為上部加熱器1、中部加熱器2或者下部加熱器3上產(chǎn)生的熱量，U為上部加熱器1、中部加熱器2或者下部加熱器3上的電壓。在拉晶過程的化料、引晶、長晶、退火等階段中，三個加熱器的電阻和時間在不同階段中保持相同，故而為了使其功率匹配ΚΙ: Κ2: Κ3的比例關(guān)系，需要在整個過程中不斷地調(diào)節(jié)電壓U的變化，通過CGSim晶體生長建模軟件以及實際的試驗所得，得出在不同階段過程中，電壓U的變化曲線，從而使晶體在各個環(huán)境中都保持一個快速、穩(wěn)定的增長趨勢，提高其生產(chǎn)效率與晶體質(zhì)量，降低能耗。
[0020]在安裝時，首先將上部加熱器1、中部加熱器2和下部加熱器3按照上、中、下的位置裝到藍(lán)寶石晶體生長爐里，其中上部加熱器I和中部加熱器2安裝到爐筒4上，而下部加熱器3安裝在爐底板6上，然后將三個加熱器都通過電極5與外部的水冷電纜進(jìn)行連接，再把水冷電纜通上水，最后與電源柜進(jìn)行連接。 [0021]在使用時，分別調(diào)節(jié)上、中、下三個加熱器的加熱功率，來滿足不同長晶階段的晶體對熱場溫度梯度的不同需求，使得引晶和長晶過程都得到最優(yōu)化的溫度環(huán)境。
[0022]最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有很多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容中直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種具有三加熱器的藍(lán)寶石晶體生長爐，包括加熱器，其特征在于，所述加熱器為采用鎢絲編織而成的網(wǎng)狀加熱器，加熱器設(shè)有三個，分別為上部加熱器、中部加熱器和下部加熱器，上部加熱器和中部加熱器分別安裝在藍(lán)寶石晶體生長爐的爐筒上部和中部的電極上，下部加熱器安裝在藍(lán)寶石晶體生長爐的爐底板電極上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石晶體生長爐，其特征在于，所述上部加熱器、中部加熱器和下部加熱器分別豎直安裝在對應(yīng)電極上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石晶體生長爐，其特征在于，所述上部加熱器、中部加熱器和下部加熱器分別通過電極、水冷電纜與電源柜連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的藍(lán)寶石晶體生長爐，其特征在于，所述電源柜分別設(shè)有能單獨調(diào)節(jié)三個加熱器加熱功率的獨立電源控制系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項所述的藍(lán)寶石晶體生長爐，其特征在于，所述加熱器設(shè)置在藍(lán)寶石晶體生長爐的坩堝與保溫屏之間。
6.基于權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石晶體生長爐的控制方法，其特征在于，利用所述藍(lán)寶石晶體生長爐中的加熱器對爐內(nèi)進(jìn)行加溫時，上部加熱器、中部加熱器和下部加熱器的功率符合ΚΙ: K2: K3，其中Kl為上部加熱器的功率，K2為中部加熱器的功率，K3為下部加熱器的功率，且滿足公式Kl=aP、K2=bP、K3=cP和a+b+c=100%，其中a、b、c為比例系數(shù)，a的取值范圍為30%~40%，b的取值范圍為30%~40%，c的取值范圍為30%~40%，P為三個加熱器上的總功率，P的取值范圍為O~85千瓦。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述上部加熱器、中部加熱器和下部加熱器上產(chǎn)生的熱量分別滿足公式Q=dU2，其中d為比例系數(shù)，d的取值范圍為130~230，Q為上部加熱器、中部加熱器或 者下部加熱器上產(chǎn)生的熱量，U為上部加熱器、中部加熱器或者下部加熱器上的電壓。
【文檔編號】C30B15/14GK103469295SQ201310340342
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月29日
【發(fā)明者】朱亮, 張俊, 曹建偉, 王巍, 沈興潮 申請人:浙江晶盛機(jī)電股份有限公司