一种晶体生长坩埚、装置及其生长方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于晶体生长技术领域，具体为一种晶体生长坩埚、装置及其生长方法。一种晶体生长坩埚，包括坩埚本体，还包括排液系统。坩埚本体包括侧壁和与侧壁连接的长晶平台，长晶平台两端分别设置有一顶面和一底面。顶面用于放置籽晶及晶体原料。排液系统与底面连接并穿设于顶面与坩埚本体连通。晶体生长装置，包括生长炉。生长炉包括炉体和腔室，坩埚设置于腔室内，坩埚与炉体之间设置有保温层。生长方法为先预热，预热结束后使晶体原料完全融化，完全融化后生长形成晶体，再将未形成晶体的溶液排出，排液结束后使晶体形成完全，最后将晶体降至室温。本发明专利技术能减少晶体内部缺陷、降低晶体开裂几率和增加晶体良率，同时能够增加坩埚使用次数。

Crystal growth crucible, device and growth method thereof

The invention belongs to the technical field of crystal growth, in particular to a crystal growth crucible, a device and a growth method thereof. The utility model relates to a crystal growth crucible, which comprises a crucible body and a liquid discharging system. The crucible body comprises a side wall and a long crystal platform connected with the side wall, and both ends of the long crystal platform are respectively provided with a top surface and a bottom surface. The top surface is used for placing seed crystals and crystal materials. The liquid discharging system is connected with the bottom surface and is communicated with the crucible body through the top surface. The crystal growth device comprises a growth furnace. The furnace comprises a furnace body and a chamber, wherein, the crucible is arranged in the chamber, and a heat insulating layer is arranged between the crucible and the furnace body. Growth method for preheating, after preheating of the crystal material to melt completely, completely melted after formation of crystal growth, and will not form crystals in the solution after discharge, liquid crystal to form completely, the crystal to room temperature. The invention can reduce the internal defect of the crystal, reduce the probability of crystal cracking and increase the yield of crystal, and can increase the number of crucibles used.

【技术实现步骤摘要】
一种晶体生长坩埚、装置及其生长方法
本专利技术属于晶体生长
，具体为一种晶体生长坩埚、装置及其生长方法。
技术介绍
蓝宝石晶体的生长方法包括有热交换法(HEM)和泡生法(KY)。热交换法原理是利用热交换器带走热量，使得晶体生长形成一下冷上热的纵向温度梯度，同时再由控制热交换器内气体流量的大小以及改变功率的高低来控制温度梯度，由此达成坩埚内熔液由坩埚底部籽晶往上生长的一种长晶方法。其优点为：长晶开始阶端可以自动引晶，其自动化程度高，容易做到工艺一致性，同时减少了引晶的劳动强度和成本；并且在长晶阶端无物理移动，固液界面稳定。泡生法首先原料熔融，再将一根受冷的籽晶与熔体接触，如果界面的温度低于凝固点，则籽晶开始生长。为了使晶体不断长大，就需要逐渐降低熔体的温度，同时旋转晶体，以改善熔体的温度分布。也可以缓慢地(或分阶端地)上提晶体，以扩大散热面。晶体在生长过程中或生长结束时不与坩埚壁接触，这就大大减少了晶体的应力。其优点为：晶体与坩埚非接触，最终晶体表面为自由表面，其内压力小，不易开裂；并且晶体与坩埚非接触杜绝坩埚表面生核，减少坩埚杂质引入和晶体内部缺陷但是在传统的热交换法和泡生法都有其相对应的缺点，其中热交换法最大的缺点就是因为晶体在融化过程中与放置晶体坩埚接触，最终晶体表面为受约束表面，其内压力大，易开裂；并且因为晶体与坩埚接触增加坩埚表面生核杂质引入的几率，增加晶体内部缺陷。泡生法的缺点是在长晶开始阶端需要引晶，其对引晶熟练程度要求较高，难做到工艺一致性；并且长晶阶端有物理移动，固液界面易受扰动，固液界面不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种蓝宝石晶体生长坩埚，为蓝宝石晶体的生长提供场所，并可实现蓝宝石晶体生长的热交换法和泡生法的结合。本专利技术是这样实现的：一种晶体生长坩埚，包括坩埚本体，晶体生长坩埚还包括排液系统。坩埚本体包括侧壁和与侧壁连接的长晶平台，侧壁与长晶平台围设形成用于留置原料的容置腔。长晶平台具有相对设置的底面和用于防止籽晶的顶面，顶面位于容置腔内，底面位于容置腔外，顶面且与籽晶接触。排液系统与底面连接并贯穿顶面，排液系统具有排液通道，排液通道可选地与容置腔连通或隔离。进一步的，晶体生长坩埚还包括环设于坩埚侧壁外的加热单元。加热单元包括第一加热器和第二加热器。侧壁具有相邻长晶平台的第一端和远离长晶平台的第二端，第一加热器环设在第一端，第二加热器环设在第二端。进一步的，晶体生长坩埚还包括热交换器。热交换器包括相互匹配连接的换热介质供应单元和热交换单元，换热介质供应单元具有用于控制换热介质的供应量的控制单元，热交换单元无限接近底面。进一步的，热交换单元包括外管体，以及设置在外管体内的内管体，外管体无限接近所述底面。内管体与外管体之间形成换热通道，内管体开设有与换热通道连通的循环孔。顶面与外管体相对应位置处设置有温度传感器。进一步的，排液系统包括相互匹配的排液管和排液坩埚，且排液管的管腔与排液坩埚。排液管设置于底面，排液管的管腔可选地与容置腔连通或隔离。本专利技术还提供了一种基于上述晶体生长坩埚的晶体生长装置，包括晶体生长坩埚，还包括生长炉。生长炉包括炉体和腔室，晶体生长坩埚设置于腔室内，晶体生长坩埚与炉体之间设置有保温层。本专利技术还提供了一种基于上述蓝宝石晶体生长装置的蓝宝石晶体的生长方法，本方法结合了晶体生长的热交换法和泡生法，解决了晶体缺陷问题，实现了坩埚的多次利用，以下是具体技术方案：包括以下步骤：融化晶体原料；使与籽晶接触并处于熔化状态的晶体原料冷却以生长晶体；以及当生长的晶体达到预设生长值时，开启与容置腔处于隔离状态的排液通道，使排液通道与容置腔连通。进一步的，熔化晶体原料的方法包括：在侧壁环设加热单元，加热单元包括第一加热器和第二加热器。侧壁具有邻近长晶平台的第一端和远离长晶平台的第二端，第一加热器环设在第一端，第二加热器环设在第二端，使第一加热器和第二加热器加热晶体原料。进一步的，冷却籽晶接触并处于熔化状态的晶体原料的方法包括：设置包括相互匹配连接的换热介质供应单元和热交换单元热交换器；换热介质供应单元具有用于控制换热介质的供应量的控制单元，热交换单元由底面贯穿顶面并与籽晶匹配连接；通过流体供应单元向容置腔内通入换热介质，使换热介质与熔化状态的晶体原料热交换。进一步的，生长的晶体达到预设值时通过以下方法确定：第一加热器具有名义电阻曲线，切名义电阻曲线具有预设并依次连接的第一上升区、第一下降区以及第二上升区；第一上升区、与第一下降区之间形成第一拐点，第一下降区以及第二上升区之间形成第二拐点；根据第一加热器的名义电阻曲线进行判断，当第一加热器的名义电阻曲线处于第二拐点时，晶体达到预设生长值。上述方案的有益效果：本专利技术提供了一种晶体生长坩埚，为晶体生长中热交换法和泡生法结合提供场所。该坩埚通过在坩埚底部设置有排液系统将晶体生长过程中融化的液体进行排出，并且通过控制中心通过加热单元的电阻率的变化控制排液系统的开启与闭合，具有控制科学精确的技术效果。晶体在接触坩埚壁之前将未结晶的原料人为排除，最终做到晶体与坩埚少接触而降低晶体内部缺陷的作用。本专利技术还提供了一种晶体生长装置，装置内设置了坩埚并通过设置有保温层使坩埚在加热的过程中温度不易散失，进一步的保证了坩埚加热的稳定性，使晶体生长更为稳定。本专利技术又提供了一种晶体生长方法，该方法基于晶体生长坩埚和晶体生长装置，将热交换法与泡生法进行结合并提供了一种优化的晶体生长方法，其能减少晶体内部缺陷、降低晶体开裂几率和增加晶体良率，同时能够增加刚过使用次数。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术晶体生长装置结构示意图；图2为本专利技术晶体生长坩埚结构示意图；图3为使用本专利技术提供的晶体生长坩埚、装置及其方法生产出的蓝宝石晶体凝结后的结构示意图；图4为现有技术中凝结后结构示意图；图5为本专利技术提供的第一加热器的名义电阻曲线；图6为本专利技术提供的晶体生长方法的等温线图。图标：100-晶体生长装置；200-晶体生长坩埚；300-成形晶体；300a-成形晶体；400-籽晶；110-炉体；120-腔室；130-保温层；140-控制中心；141-显示装置；151-最低区间；152-最高区间；153-等温线；210-坩埚本体；220-排液系统；230-加热单元；240-热交换器；250-温度传感器；211-长晶平台；212-侧壁；213-顶面；214-底面；215-容置腔；221-排液管；222-排液坩埚；231-第一加热器；232-第二加热器；241-流体供应单元；242-流体流量控制单元；243-热交换单元；244-外管体；245-内管体；246-换热通道。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体生长坩埚，包括坩埚本体，其特征在于，所述晶体生长坩埚还包括排液系统；所述坩埚本体包括侧壁和与侧壁连接的长晶平台，所述侧壁与所述长晶平台围设形成用于留置原料的容置腔；所述长晶平台具有相对设置的底面和用于防止籽晶的顶面，所述顶面位于所述容置腔内，所述底面位于所述容置腔外，所述顶面且与所述籽晶接触；所述排液系统与所述底面连接并贯穿所述顶面，所述排液系统具有排液通道，所述排液通道可选地与所述容置腔连通或隔离。

【技术特征摘要】
1.一种晶体生长坩埚，包括坩埚本体，其特征在于，所述晶体生长坩埚还包括排液系统；所述坩埚本体包括侧壁和与侧壁连接的长晶平台，所述侧壁与所述长晶平台围设形成用于留置原料的容置腔；所述长晶平台具有相对设置的底面和用于防止籽晶的顶面，所述顶面位于所述容置腔内，所述底面位于所述容置腔外，所述顶面且与所述籽晶接触；所述排液系统与所述底面连接并贯穿所述顶面，所述排液系统具有排液通道，所述排液通道可选地与所述容置腔连通或隔离。2.根据权利要求1所述的一种晶体生长坩埚，其特征在于，所述晶体生长坩埚还包括环设于所述坩埚侧壁外的加热单元；所述加热单元包括第一加热器和第二加热器；所述侧壁具有相邻所述长晶平台的第一端和远离所述长晶平台的第二端，所述第一加热器环设在所述第一端，所述第二加热器环设在所述第二端。3.根据权利要求1所述的晶体生长坩埚，其特征在于，所述晶体生长坩埚还包括热交换器；所述热交换器包括相互匹配连接的换热介质供应单元和热交换单元，所述换热介质供应单元具有用于控制所述换热介质的供应量的控制单元，所述热交换单元无限接近所述底面。4.根据权利要求3所述的晶体生长坩埚，其特征在于，所述热交换单元包括外管体，以及设置在所述外管体内的内管体，所述外管体无限接近所述底面；所述内管体与所述外管体之间形成换热通道，所述内管体开设有与所述换热通道连通的循环孔；所述顶面与所述外管体相对应位置处设置有温度传感器。5.根据权利要求4所述的晶体生长坩埚，其特征在于，所述排液系统包括相互匹配的排液管和排液坩埚，且所述排液管的管腔与所述排液坩埚，所述排液管设置于所述底面，所述排液管的管腔可选地与所述容置腔连通或隔离。6.一种晶体生长装置，其特征在于，包括生长炉和权利要求1～5任意一项所述的晶体生长坩埚；所述生长炉包括炉体和腔室...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴锐锋，
申请(专利权)人：伯恩露笑蓝宝石有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15