藍(lán)寶石晶體生長裝置及生長方法
【專利摘要】藍(lán)寶石晶體生長裝置及生長方法，包括爐體和抽真空裝置，爐體為可開合式爐體，抽真空裝置與爐體內(nèi)部連通；爐體內(nèi)部設(shè)有鋼籠，鋼籠呈上下開口的結(jié)構(gòu)，鋼籠的上開口處設(shè)有上保溫層，下開口處設(shè)有底保溫層，鋼籠的內(nèi)表面設(shè)有側(cè)保溫層；鋼籠的內(nèi)部設(shè)有基座，基座上放置有坩堝，爐體的頂部設(shè)有升降裝置，升降裝置通過連接桿與鋼籠連接；基座的上表面設(shè)有錐形或圓弧形沉孔，坩堝的底面形狀呈與錐形或圓弧形沉孔形狀相適配的錐面或圓弧面，坩堝的側(cè)面設(shè)有側(cè)加熱器和/或上方設(shè)有頂加熱器?；闹行脑O(shè)有中心孔，可以通氣進(jìn)行籽晶的冷卻及晶體生長。利用本發(fā)明的裝置生產(chǎn)藍(lán)寶石晶體的周期較短、藍(lán)寶石晶體的有效利用率較高、成本較低。
【專利說明】藍(lán)寶石晶體生長裝置及生長方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種藍(lán)寶石晶體生長裝置及生長方法。

【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)寶石(Sapphire)是一種氧化招(a -Al2O3)的單晶，又稱為剛玉，有著優(yōu)異的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性和光學(xué)性能。藍(lán)寶石晶體硬度很高，僅次于金剛石，具有良好的耐磨性，同時(shí)機(jī)械強(qiáng)度高，能夠承受很大的載荷；藍(lán)寶石的化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，一般不受酸堿的腐蝕，不易潮解，工作溫度可達(dá)2000°C，能夠長期在極其惡劣的環(huán)境下工作；藍(lán)寶石的光學(xué)穿透帶范圍十分寬，從近紫外波段到中紅外波段都有著很好的光透性，同時(shí)藍(lán)寶石也是優(yōu)良的激光基質(zhì)材料，具有很寬的可協(xié)調(diào)范圍和很高的增益，被廣泛應(yīng)用于LED照明行業(yè)與軍用窗口材料。
[0003]近年來，隨著智能手機(jī)，平板電腦等觸屏式消費(fèi)電子產(chǎn)品的廣泛普及，藍(lán)寶石可以作為電子產(chǎn)品的面板而被廣泛使用。藍(lán)寶石光學(xué)透過性好，耐磨性好，不易破碎，具有取代玻璃的可能性。
[0004]同時(shí)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)藍(lán)寶石晶體材料的尺寸、質(zhì)量及成本不斷提出新的要求，同時(shí)藍(lán)寶石基片也向著大尺寸，高質(zhì)量，低成本的方向發(fā)展。由于手機(jī)，電腦等屬于快速消費(fèi)類電子產(chǎn)品，要求售價(jià)不高，但是需求量巨大，其所需要的面板也具有相同特性，因此需要藍(lán)寶石作為面板加工材料,需要產(chǎn)量大,成本低。
[0005]藍(lán)寶石的現(xiàn)有主要生長方法有提拉法(Cz)、泡生法(Ky)、熱交換法(HEM)、倒模法(EFG)以及水平定向凝固法，其中泡生法和熱交換法是目前生長大尺寸藍(lán)寶石晶體的主要方法。
[0006]熱交換法生長藍(lán)寶石晶體的過程就是一個(gè)簡單的熔體定向結(jié)晶的過程?，F(xiàn)有方法是:在密封的爐體中，在坩堝的周圍設(shè)置加熱器，通過調(diào)節(jié)加熱器功率將生產(chǎn)藍(lán)寶石晶體的氧化鋁原料融化；坩堝放置在基座上，基座底部通過冷卻介質(zhì)循環(huán)氦氣的流量來控制籽晶不被熔化以及晶體的進(jìn)一步生長，在生長過程中，坩堝、籽晶都保持靜止。
[0007]傳統(tǒng)的熱交換法生長藍(lán)寶石晶體過程中，為了控制籽晶不被熔化，采取的主要措施是，在基座底部通過冷卻介質(zhì)氦氣來對(duì)籽晶進(jìn)行降溫，其中冷卻介質(zhì)氦氣采用循環(huán)的散熱方式，散熱效果較差；其次，由于換熱氣體要求高流速，管路都比較細(xì)，內(nèi)徑在8毫米左右，通入的冷氦氣的初始溫度一般為室溫，而出來的熱氦氣的溫度為1000 V左右,換熱量有限，僅有3?5KW，因此，對(duì)于生長進(jìn)一步大尺寸的藍(lán)寶石晶體而言，生長速率比較慢，生長周期較長，一般需要17?19天左右，成本較高。
[0008]同時(shí)，基座與放置籽晶的坩堝的接觸面為平面，換熱面積較小，不利于坩堝散熱，由于該熱量需要通過很小的換熱面積來交換，該區(qū)域的熱流密度很高，造成該換熱面上方藍(lán)寶石籽晶的局部溫度梯度很大，熱應(yīng)力偏大，籽晶內(nèi)部容易受壓形成位錯(cuò)等缺陷，缺陷向晶體內(nèi)部傳播，進(jìn)而影響晶體質(zhì)量，其中藍(lán)寶石晶體的有效利用率為35%左右。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服上述【背景技術(shù)】的不足，提供一種生產(chǎn)周期較短、藍(lán)寶石晶體的有效利用率較高、成本較低的藍(lán)寶石晶體生長裝置及生長方法。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，一種藍(lán)寶石晶體生長裝置，包括爐體和抽真空裝置，所述爐體為可開合式爐體，所述抽真空裝置與爐體內(nèi)部連通；所述爐體內(nèi)部設(shè)有鋼籠，鋼籠呈上下開口的結(jié)構(gòu)，鋼籠的上開口處設(shè)有上保溫層，下開口處設(shè)有底保溫層，鋼籠的內(nèi)表面設(shè)有側(cè)保溫層；鋼籠的內(nèi)部設(shè)有基座，基座上放置有坩堝，所述爐體的頂部設(shè)有升降裝置，所述升降裝置通過連接桿與鋼籠連接；所述基座的上表面設(shè)有錐形或圓弧形沉孔，所述坩堝的底面形狀呈與錐形或圓弧形沉孔形狀相適配的錐面或圓弧面，所述坩堝的側(cè)面設(shè)有側(cè)加熱器和/或上方設(shè)有頂加熱器。
[0011]進(jìn)一步，所述錐形或圓弧形沉孔的表面設(shè)有導(dǎo)氣槽，導(dǎo)氣槽的數(shù)量優(yōu)選> 2個(gè)，更優(yōu)選6?20個(gè)，所述導(dǎo)氣槽呈向錐形或圓弧形沉孔四周上沿發(fā)散狀。
[0012]進(jìn)一步,所述導(dǎo)氣槽的寬度為3?20mm,深度為0.1?20mm。
[0013]進(jìn)一步,所述導(dǎo)氣槽的寬度為5?1mm,深度為0.5?5mm。
[0014]進(jìn)一步，所述所述坩堝和基座間墊有一層導(dǎo)熱石墨紙。
[0015]進(jìn)一步，所述基座的中心和底保溫層的中心均設(shè)有中心孔。
[0016]進(jìn)一步，還設(shè)有外進(jìn)氣氣冷裝置，外進(jìn)氣氣冷裝置包括氣源、閥門、外部進(jìn)氣管、底部進(jìn)氣管，氣源與閥門通過第一連接管連接；閥門與外部進(jìn)氣管連接，閥門與外部進(jìn)氣管之間設(shè)置有流量計(jì)，流量計(jì)與閥門之間通過第二連接管連接；外部進(jìn)氣管與底部進(jìn)氣管連接，底部進(jìn)氣管與外部進(jìn)氣管的連接處設(shè)置有套管，底部進(jìn)氣管穿過底保溫層的中心孔和基座的中心孔，伸入到坩堝底部下方。
[0017]一種藍(lán)寶石晶體的生長方法，利用所述藍(lán)寶石晶體生長裝置進(jìn)行，具體包括以下步驟:
(1)放置藍(lán)寶石籽晶:在坩堝底部鋪設(shè)藍(lán)寶石籽晶，使藍(lán)寶石籽晶位于底部進(jìn)氣管的正上方；
(2)裝料:將高純氧化鋁原料放入坩堝內(nèi)，關(guān)閉爐體；
(3)抽真空:啟動(dòng)抽真空裝置，將爐體內(nèi)的壓力抽至3Pa以下；
(4)加熱化料:啟動(dòng)側(cè)加熱器或/和頂加熱器，使鋼籠內(nèi)的溫度升至2050?2150°C，高純氧化鋁原料開始熔化；用鎢探針探測坩堝內(nèi)固液界面的位置，確定藍(lán)寶石籽晶是否開始融化，當(dāng)藍(lán)寶石籽晶開始熔化時(shí)，啟動(dòng)外進(jìn)氣氣冷裝置，以10?200L/min的流速向坩堝底部通入冷卻氣體，直至藍(lán)寶石籽晶被部分熔化；
(5)晶體生長:通過升降裝置將鋼籠的高度提升I?350mm，使鋼籠與底保溫層分離，進(jìn)而使基座暴露在爐體內(nèi)，基座向外輻射散熱，降低坩堝底部藍(lán)寶石籽晶附近的溫度，藍(lán)寶石籽晶生長；以10?50L/min的流速向坩堝底部通入冷卻氣體，直至坩堝內(nèi)的熔體全部結(jié)晶;
(6)退火降溫:通過升降裝置將鋼籠提升至最高位置；以10?100L/min的流速向坩堝底部通入冷卻氣體，直至坩堝8內(nèi)的晶體冷卻至室溫；
(7)出爐:待爐體內(nèi)的溫度降至400°C以下后，打開爐體，取出晶體。
[0018]進(jìn)一步，步驟(2)、(4)中所述高純氧化鋁原料為氧化鋁粉料、氧化鋁餅料、氧化鋁塊料中的任意一種或幾種。
[0019]進(jìn)一步，步驟(I)、( 2 )、( 4 )、( 5 )、( 6 )中所述坩堝為鎢坩堝、鑰坩堝、銥坩堝中的任意一種。
[0020]進(jìn)一步，步驟(4)、(5)、(6)中所述冷卻氣體為氬氣。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
(I)基座的上表面設(shè)有錐形或圓弧形沉孔，坩堝的底面形狀呈與錐形或圓弧形沉孔形狀相適配的錐面或圓弧面，能夠有效增大散熱面積；升降裝置可以將鋼籠提升，使鋼籠與底保溫層分離，進(jìn)而使基座暴露在爐體內(nèi)，基座的輻射散熱量較大，達(dá)到晶體生長所需要的溫度梯度，晶體的生長速度較快，生長周期較短，可將生長周期縮短3?5天；生長的晶體質(zhì)量較好，可將藍(lán)寶石晶體的有效利用率提高至36%?37%，晶體的生長成本較低。
[0022](2)基座的錐形或圓弧形沉孔的表面設(shè)有導(dǎo)氣槽，導(dǎo)氣槽有利于氣流流通，形成氣流散熱，有利于達(dá)到晶體生長所需要的溫度梯度。
[0023](3)設(shè)有外進(jìn)氣氣冷裝置和抽真空裝置，通過外進(jìn)氣氣冷裝置在坩堝底部通入冷卻氣體(如氬氣)，對(duì)坩堝散熱，冷卻氣體帶走坩堝的熱量后流向爐體內(nèi)，然后利用抽真空裝置抽出爐體內(nèi)的冷卻氣體，使冷卻氣體形成非循環(huán)散熱方式，散熱效果較好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明藍(lán)寶石晶體生長裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是圖1所不實(shí)施例的基座的俯視圖。
[0026]圖3是圖1所示實(shí)施例的局部放大圖。
[0027]圖4是圖1所示實(shí)施例的鋼籠提升后的狀態(tài)示意圖。
[0028]圖中:1 一升降裝置，2—連接桿，3—鋼籠，4一上保溫層，5—頂加熱器，6—側(cè)加熱器，7一側(cè)保溫層，8—相■禍,9一藍(lán)寶石桿晶，10一基座，11 一底保溫層，12一底部進(jìn)氣管，13—導(dǎo)氣槽,14 一爐體，15—中心孔。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0030]實(shí)施例1
參照圖1，本發(fā)明藍(lán)寶石晶體生長裝置實(shí)施例包括爐體14、抽真空裝置和外進(jìn)氣氣冷裝置，抽真空裝置與爐體14內(nèi)部連通；爐體14為可開合式爐體，爐體14的頂部設(shè)有升降裝置1，爐體14內(nèi)部設(shè)有鋼籠3，升降裝置I通過連接桿2與鋼籠3連接；鋼籠3呈上下開口的結(jié)構(gòu)，鋼籠3的上開口處設(shè)有上保溫層4，下開口處設(shè)有底保溫層11，鋼籠3的內(nèi)表面設(shè)有側(cè)保溫層7 ;鋼籠3的內(nèi)部設(shè)有基座10，參照圖2、圖3，基座10的上表面設(shè)有錐形或圓弧形沉孔，錐形或圓弧形沉孔的表面設(shè)有2個(gè)導(dǎo)氣槽13，導(dǎo)氣槽13呈向錐形或圓弧形沉孔四周上沿發(fā)散狀，導(dǎo)氣槽13的寬度為20mm，深度為20mm ;基座10的中心和底保溫層11的中心均設(shè)有中心孔15 ;參照圖1，基座10上放置有坩堝8，為了使得坩堝8和基座10可以快速分離，坩堝8和基座10間墊有一層導(dǎo)熱石墨紙，坩堝8的底面形狀呈與錐形或圓弧形沉孔相適配的錐面或圓弧面，坩堝8的側(cè)面設(shè)有側(cè)加熱器6。
[0031]外進(jìn)氣氣冷裝置包括氣源、閥門、外部進(jìn)氣管、底部進(jìn)氣管12，氣源與閥門通過第一連接管連接；閥門與外部進(jìn)氣管連接，閥門與外部進(jìn)氣管之間設(shè)置有流量計(jì)，流量計(jì)與閥門之間通過第二連接管連接；外部進(jìn)氣管與底部進(jìn)氣管12連接，底部進(jìn)氣管12與外部進(jìn)氣管的連接處設(shè)置有套管，底部進(jìn)氣管12穿過底保溫層11的中心孔15和基座10的中心孔15，伸入到坩堝8底部下方。
[0032]本發(fā)明藍(lán)寶石晶體的生長方法實(shí)施例包括以下步驟:
(1)放置藍(lán)寶石籽晶:在鎢坩堝底部鋪設(shè)直徑為20mm，高度1mm的藍(lán)寶石籽晶9，使藍(lán)寶石籽晶9位于底部進(jìn)氣管12的正上方；
(2)裝料:將100公斤的氧化鋁粉料放入鎢坩堝內(nèi)，關(guān)閉爐體14；
(3)抽真空:啟動(dòng)抽真空裝置,將爐體14內(nèi)的壓力抽至2Pa；
(4)加熱化料:啟動(dòng)側(cè)加熱器6，使鋼籠3內(nèi)的溫度升至2050°C，氧化鋁粉料開始熔化；用鎢探針探測鎢坩堝內(nèi)固液界面的位置，確定藍(lán)寶石籽晶9是否開始融化，當(dāng)探針到藍(lán)寶石籽晶9開始熔化時(shí)，啟動(dòng)外進(jìn)氣氣冷裝置，以100L/min的流速向鎢坩堝底部通入氬氣，直至藍(lán)寶石籽晶9僅被部分熔化；
(5)晶體生長:參照圖4，通過升降裝置I將鋼籠3的高度提升I?350_，使鋼籠3與底保溫層11分離，進(jìn)而使基座10暴露在爐體14內(nèi)，基座10向外輻射散熱，降低鎢坩堝底部藍(lán)寶石籽晶9附近的溫度，藍(lán)寶石籽晶9生長；以20L/min的流速向鎢坩堝底部通入氬氣，直至鎢坩堝內(nèi)的熔體全部結(jié)晶；
(6)退火降溫:通過升降裝置I將鋼籠3提升至最高位置；以50L/min的流速向鎢坩堝底部通入氬氣，直至鎢坩堝內(nèi)的晶體冷卻至室溫；
(7)出爐:待爐體14內(nèi)的溫度降至200°C后，打開爐體14，取出晶體，得到晶體的重量為100公斤。
[0033]氬氣與基座10等熱場部件完成流動(dòng)換熱后，直接由抽真空裝置排出至爐體14外，形成氣體冷卻非循環(huán)散熱方式，與傳統(tǒng)的氣體冷卻循環(huán)散熱相比，散熱效果較好。
[0034]據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，本實(shí)施例的藍(lán)寶石晶體的生長方法中，藍(lán)寶石晶體的生長周期為15天，而傳統(tǒng)的生長周期為18天，相比傳統(tǒng)的生長周期，本實(shí)施例的生長周期縮短了 3天，藍(lán)寶石晶體在生長的過程中，加熱器的恒定功率約為40?50KW，可節(jié)約電量約2880?3600 Kff.h,以每度電0.8元計(jì)算(I度電=IKW.h)，可節(jié)約成本約2304?2880元。
[0035]本實(shí)施例的藍(lán)寶石晶體的生長方法中，得到的100公斤晶體中，有效的藍(lán)寶石晶體為36公斤，藍(lán)寶石晶體的有效利用率為36%，而傳統(tǒng)的藍(lán)寶石晶體的有效利用率為35%，相比傳統(tǒng)的藍(lán)寶石晶體生長方法，本實(shí)施例中，每100公斤的晶體中，可多產(chǎn)I公斤藍(lán)寶石晶體，以每公斤監(jiān)寶石晶體700兀計(jì)算，可多獲利700兀。
[0036]因此，本實(shí)施例的藍(lán)寶石晶體的生長方法，每生長100公斤晶體，可節(jié)約成本約3004 ?3580 兀。
[0037]實(shí)施例2
本實(shí)施例的藍(lán)寶石晶體生長裝置與實(shí)施例1的藍(lán)寶石晶體生長裝置的區(qū)別僅在于:錐形或圓弧形沉孔的表面設(shè)有12個(gè)導(dǎo)氣槽13，導(dǎo)氣槽13的寬度為10mm，深度為5mm ;坩堝8為鑰坩堝，坩堝8的上方設(shè)有頂加熱器5。其余同實(shí)施例1。
[0038]本實(shí)施例的藍(lán)寶石晶體的生長方法與實(shí)施例1的藍(lán)寶石晶體的生長方法的區(qū)別僅在于:藍(lán)寶石籽晶9的直徑為25mm，高度20mm ;坩堝8為鑰坩堝，高純氧化鋁原料為氧化鋁餅料；步驟(4)中啟動(dòng)頂加熱器5，使鋼籠3內(nèi)的溫度升至2100°C。其余同實(shí)施例1。
[0039]據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，本實(shí)施例的藍(lán)寶石晶體的生長方法中，藍(lán)寶石晶體的生長周期為14天，而傳統(tǒng)的生長周期為18天，相比傳統(tǒng)的生長周期，本實(shí)施例的生長周期縮短了 4天，藍(lán)寶石晶體在生長的過程中，加熱器的恒定功率約為40?50KW，可節(jié)約電量約3840?4800KW.h，以每度電0.8元計(jì)算(I度電=IKW.h)，可節(jié)約成本約3072?3840元。
[0040]本實(shí)施例的藍(lán)寶石晶體的生長方法中，得到的100公斤晶體中，有效的藍(lán)寶石晶體為37公斤，藍(lán)寶石晶體的有效利用率為37%，而傳統(tǒng)的藍(lán)寶石晶體的有效利用率為35%，相比傳統(tǒng)的藍(lán)寶石晶體生長方法，本實(shí)施例中，每100公斤的晶體中，可多產(chǎn)2公斤藍(lán)寶石晶體，以每公斤藍(lán)寶石晶體700元計(jì)算，可多獲利1400元。
[0041]因此，本實(shí)施例的藍(lán)寶石晶體的生長方法中，每生長100公斤晶體，可節(jié)約成本約4472 ?5240 元。
[0042]實(shí)施例3
本實(shí)施例的藍(lán)寶石晶體生長裝置與實(shí)施例1的藍(lán)寶石晶體生長裝置的區(qū)別僅在于:錐形或圓弧形沉孔的表面設(shè)有20個(gè)導(dǎo)氣槽13，導(dǎo)氣槽13的寬度為5mm，深度為0.5mm ;坩堝8為銥坩堝，坩堝8的側(cè)面設(shè)有側(cè)加熱器6和上方設(shè)有頂加熱器5。其余同實(shí)施例1。
[0043]本實(shí)施例的藍(lán)寶石晶體的生長方法與實(shí)施例1的藍(lán)寶石晶體的生長方法的區(qū)別僅在于:藍(lán)寶石籽晶9的直徑為30mm，高度30mm ;坩堝8為銥坩堝，高純氧化鋁原料為氧化鋁塊料；步驟(4)中啟動(dòng)側(cè)加熱器6和頂加熱器5，使鋼籠3內(nèi)的溫度升至2150°C。其余同實(shí)施例1。
[0044]據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，本實(shí)施例的藍(lán)寶石晶體的生長方法中，藍(lán)寶石晶體的生長周期為13天，而傳統(tǒng)的生長周期為18天，相比傳統(tǒng)的生長周期，本實(shí)施例的生長周期縮短了 5天，藍(lán)寶石晶體在生長的過程中，加熱器的恒定功率約為40?50KW，可節(jié)約電量約4800?6000KW.h,以每度電0.8元計(jì)算(I度電=IKW.h)，可節(jié)約成本約3840?4800元。
[0045]本實(shí)施例的藍(lán)寶石晶體的生長方法中，得到的100公斤晶體中，有效的藍(lán)寶石晶體為37公斤，藍(lán)寶石晶體的有效利用率為37%，而傳統(tǒng)的藍(lán)寶石晶體的有效利用率為35%，相比傳統(tǒng)的藍(lán)寶石晶體生長方法，本實(shí)施例中，每100公斤的晶體中，可多產(chǎn)2公斤藍(lán)寶石晶體，以每公斤藍(lán)寶石晶體700元計(jì)算，可多獲利1400元。
[0046]因此，本實(shí)施例的藍(lán)寶石晶體的生長方法中，每生長100公斤晶體，可節(jié)約成本約5240 ?6200 兀。
[0047]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則這些修改和變型也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0048]說明書中未詳細(xì)描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種藍(lán)寶石晶體生長裝置，包括爐體(14)和抽真空裝置，所述爐體(14)為可開合式爐體，所述抽真空裝置與爐體(14)內(nèi)部連通；所述爐體(14)內(nèi)部設(shè)有鋼籠(3)，所述鋼籠(3)呈上下開口的結(jié)構(gòu)，鋼籠(3)的上開口處設(shè)有上保溫層(4)，下開口處設(shè)有底保溫層(11)，鋼籠(3)的內(nèi)表面設(shè)有側(cè)保溫層(7);鋼籠(3)的內(nèi)部設(shè)有基座(10)，所述基座(10)上放置有坩堝(8)，其特征在于:所述爐體(14)的頂部設(shè)有升降裝置(I )，所述升降裝置(I)通過連接桿(2)與鋼籠(3)連接；所述基座(10)的上表面設(shè)有錐形或圓弧形沉孔，所述坩堝(8)的底面形狀呈與錐形或圓弧形沉孔形狀相適配的錐面或圓弧面，所述坩堝(8)的側(cè)面設(shè)有側(cè)加熱器(6 )和/或上方設(shè)有頂加熱器(5 )。
2.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石晶體生長裝置，其特征在于:所述錐形或圓弧形沉孔的表面設(shè)有導(dǎo)氣槽(13)，所述導(dǎo)氣槽(13)呈向錐形或圓弧形沉孔四周上沿發(fā)散狀。
3.如權(quán)利要求2所述的藍(lán)寶石晶體生長裝置，其特征在于:所述導(dǎo)氣槽(13)的寬度為3?2Ctam,深度為0.1?20臟。
4.如權(quán)利要求3所述的藍(lán)寶石晶體生長裝置，其特征在于:所述導(dǎo)氣槽(13)的寬度為5?ICtam,深度為0.5?5臟。
5.如權(quán)利要求1?4之一所述的藍(lán)寶石晶體生長裝置，其特征在于:所述坩堝(8)和基座(10)間墊有一層導(dǎo)熱石墨紙。
6.如權(quán)利要求1?4之一所述的藍(lán)寶石晶體生長裝置，其特征在于:所述基座(10)的中心和底保溫層(11)的中心均設(shè)有中心孔(15 )。
7.如權(quán)利要求6所述的藍(lán)寶石晶體生長裝置，其特征在于:還設(shè)有外進(jìn)氣氣冷裝置，夕卜進(jìn)氣氣冷裝置包括氣源、閥門、外部進(jìn)氣管、底部進(jìn)氣管(12)，氣源與閥門通過第一連接管連接；閥門與外部進(jìn)氣管連接，閥門與外部進(jìn)氣管之間設(shè)置有流量計(jì)，流量計(jì)與閥門之間通過第二連接管連接；外部進(jìn)氣管與底部進(jìn)氣管(12)連接，底部進(jìn)氣管(12)與外部進(jìn)氣管的連接處設(shè)置有套管，底部進(jìn)氣管(12)穿過底保溫層(11)的中心孔(15)和基座(10)的中心孔(15)，伸入到坩堝(8)底部下方。
8.—種藍(lán)寶石晶體的生長方法，其特征在于:利用權(quán)利要求7所述的藍(lán)寶石晶體生長裝置進(jìn)行，具體操作步驟如下: (1)放置藍(lán)寶石籽晶:在坩堝(8)底部鋪設(shè)藍(lán)寶石籽晶(9)，使藍(lán)寶石籽晶(9)位于底部進(jìn)氣管(12)的正上方； (2)裝料:將高純氧化鋁原料放入坩堝(8)內(nèi)，關(guān)閉爐體(14)； (3)抽真空:啟動(dòng)抽真空裝置，將爐體(14)內(nèi)的壓力抽至3Pa以下； (4 )加熱化料:啟動(dòng)側(cè)加熱器(6 )或/和頂加熱器(5 )，使鋼籠(3 )內(nèi)的溫度升至2050?2150°C，高純氧化鋁原料開始熔化；用鎢探針探測坩堝(8)內(nèi)固液界面的位置，確定藍(lán)寶石籽晶(9)是否開始融化，當(dāng)藍(lán)寶石籽晶(9)開始熔化時(shí),啟動(dòng)外進(jìn)氣氣冷裝置，以10?200L/min的流速向坩堝(8)底部通入冷卻氣體，直至藍(lán)寶石籽晶(9)被部分熔化； (5)晶體生長:通過升降裝置(I)將鋼籠(3)的高度提升I?350mm，使鋼籠(3)與底保溫層(11)分離，進(jìn)而使基座(10)暴露在爐體(14)內(nèi)，基座(10)向外輻射散熱，降低坩堝(8)底部藍(lán)寶石籽晶(9)附近的溫度，藍(lán)寶石籽晶(9)生長；以10?50L/min的流速向坩堝(8)底部通入冷卻氣體，直至坩堝(8)內(nèi)的熔體全部結(jié)晶； (6)退火降溫:通過升降裝置(I)將鋼籠(3)提升至最高位置；以10?100L/min的流速向坩堝(8)底部通入冷卻氣體，直至坩堝8內(nèi)的晶體冷卻至室溫； (7)出爐:待爐體(14)內(nèi)的溫度降至400°C以下后，打開爐體(14)，取出晶體。
9.如權(quán)利要求8所述的藍(lán)寶石晶體的生長方法，其特征在于:步驟(2)、(4)中所述高純氧化鋁原料為氧化鋁粉料、氧化鋁餅料、氧化鋁塊料中的任意一種或幾種。
10.如權(quán)利要求8所述的藍(lán)寶石晶體的生長方法，其特征在于:步驟(1)、(2)、(4)、(5)、(6)中所述坩堝(8)為鎢坩堝、鑰坩堝、銥坩堝中的任意一種。
【文檔編號(hào)】C30B11/00GK104250852SQ201410470974
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】呂鐵錚 申請人:呂鐵錚