一种梯度可调石墨加热器制造技术

本申请涉及一种梯度可调石墨加热器，包括筒状本体，筒状本体的筒壁上沿轴向方向设置有轴向开口槽，筒状本体的筒壁上还沿周向设置有周向开槽，轴向开口槽包括交替设置的轴向上开口槽和轴向下开口槽，相邻轴向开口槽之间的距离相等，且每个轴向开口槽的宽度相等，长度也相等，周向开槽与轴向开口槽相互垂直，且在筒状本体的筒壁上呈层状设置，每一层设置数量相同的周向开槽，同一层的相邻周向开槽之间的距离相等，该加热器在周向发热均匀，通过设置呈层状分布的周向开槽，并调整相邻两层周向开槽之间的轴向距离，可以实现加热器在轴向方向产生不同的热量，使加热器在轴向方向产生温差，形成需要的轴向热场梯度。形成需要的轴向热场梯度。形成需要的轴向热场梯度。

【技术实现步骤摘要】
一种梯度可调石墨加热器


[0001]本申请涉及石墨热场蓝宝石单晶生长
，尤其涉及一种梯度可调石墨加热器。

技术介绍

[0002]蓝宝石(α
‑
Al2O3，单晶)是一种简单配位型氧化物晶体，具有优良的光学、力学、热学、电学性能和化学稳定性，是一种综合性能优良的技术晶体。广泛应用于微电子和光学领域，特别是作为高亮度GaN基LED的衬底材料。随着LED市场的迅速发展，要求生长出高质量、大尺寸、低成本、性能稳定的蓝宝石单晶，而生长出这样的蓝宝石单晶，对生长设备及技术提出了更高的要求。
[0003]生长蓝宝石晶体的技术主要有直拉法(cz)、热交换法(HEM)，温梯法(TGT)，泡生法(Kyropoulos)等。直拉法与温梯法主要生长100kg以下的晶体，热交换法生长的单晶外部易开裂，晶体易出现气泡、杂质坑及散射中心等缺陷。目前生长大尺寸蓝宝石主要使用的方法是泡生法，此种方法生长的晶体缺陷少、位错密度低。该方法通过加热器加热提供合适的温度，且生长前将籽晶牢牢固定于籽晶杆上，籽晶杆与热交换器中的工作流体直接接触，从而通过晶体、籽晶与热交换器之间形成一个热交换系统，在生长炉内形成上冷下热的温度梯度，促进蓝宝石单晶生长。
[0004]在石墨热场泡生法蓝宝石单晶生长中，单晶炉内的热场结构决定了晶体生长的热量、质量传输条件和晶体生长环境，对晶体质量至关重要。加热器作为蓝宝石热场体系结构中的基础部分，时刻影响着液面水平径向温差、纵向温差及长晶速率，并影响着晶体的生长形状。传统蓝宝石单晶炉中使用的加热器的结构如图1和图2所示，为筒状，沿筒壁的轴向相互错开一定位置设置开槽，开槽沿筒壁周向均匀分布，相邻开槽之间的片状部分的宽度一致，这样的结构设置使加热器单位长度内电阻相同，加热器通电后加热，等电位下加热器周向各部分发热量一致，通过热辐射将热量传送至位于加热器内部的坩埚的各个方位，坩埚中的晶体生长过程中，同一水平面上各个点的受热一致，使用传统的加热器无法实现变温差，加热器在竖直方向的温度梯度的调节性较差。由于长晶过程中需要形成下高上低的纵向温度梯度和边缘高中间低的径向温度梯度，传统的加热器已经不能满足晶体生长环境的更高需求，使用传统的加热器生长蓝宝石存在以下问题，一方面，加热器产生的底部温度梯度小，晶体生长收尾较困难，另一方面，晶体收尾阶段，易造成坩埚底部中心温度过高，长晶界面由微凸界面向凹界面转移，边缘长速过快，易形成倒扣碗状气泡。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种梯度可调石墨加热器，以解决传统石墨热场泡生法使用的加热器不能产生轴向热场梯度的问题。
[0006]本申请解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
[0007]一种梯度可调石墨加热器，所述加热器包括筒状主体，所述筒状主体的筒壁上设
置若干轴向开口槽和若干周向开槽，所述轴向开口槽的设置方向与所述筒状主体的轴向方向一致，所述轴向开口槽包括轴向上开口槽和轴向下开口槽，所述轴向上开口槽的一端与所述筒状主体第一端连通，所述轴向下开口槽的一端与所述筒状主体第二端连通，所述周向开槽的设置方向与所述轴向开口槽的设置方向相垂直。
[0008]进一步的，所述周向开槽沿所述筒状主体的轴向在所述筒状主体筒壁上呈层状设置，且至少设置一层，同一层所述周向开槽位于与所述筒状主体轴向垂直的同一横截面上。
[0009]更进一步的，所述的同一层所述周向开槽的相邻两个所述周向开槽之间的距离相等，且每一层的所述周向开槽数量相等。
[0010]进一步的，所述轴向上开口槽与所述轴向下开口槽交替设置在所述筒状主体的筒壁上。
[0011]进一步的，相邻的所述轴向开口槽之间沿所述筒状主体周向的距离相等。
[0012]进一步的，所述周向开槽的宽度均一致，所述周向开槽的长度均一致。
[0013]进一步的，所述轴向开口槽的宽度均一致，所述轴向开口槽的长度均一致。
[0014]进一步的，所述周向开槽与所述轴向开口槽相交，且所述周向开槽被所述轴向开口槽分成长度相等的两部分。
[0015]进一步的，所述轴向开口槽和所述周向开槽的形状包括矩形槽、梯形槽、锥形槽、弧形槽。
[0016]本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：
[0017]本申请的梯度可调石墨加热器，包括筒状本体，筒状本体的筒壁上沿轴向方向设置有轴向开口槽，筒状本体的筒壁上还沿周向设置有周向开槽，轴向开口槽包括交替设置的轴向上开口槽和轴向下开口槽，相邻轴向开口槽之间的距离相等，且每个轴向开口槽的宽度相等，长度也相等，周向开槽与轴向开口槽相互垂直，且在筒状本体的筒壁上呈层状设置，每一层设置数量相同的周向开槽，同一层的相邻周向开槽之间的距离相等，该加热器在周向发热均匀，通过设置呈层状分布的周向开槽，并调整相邻两层周向开槽之间的轴向距离，可以实现加热器在轴向方向产生不同的热量，使加热器在轴向方向产生温差，形成需要的轴向热场梯度。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。
[0019]图1为现有技术提供的蓝宝石单晶炉中加热器的立体结构示意图；
[0020]图2为现有技术提供的蓝宝石单晶炉中加热器的主视图；
[0021]图3为本申请实施例提供的蓝宝石单晶炉中加热器的立体结构示意图；
[0022]图4为本申请实施例提供的蓝宝石单晶炉中加热器的主视图。
[0023]附图标记说明：1
‑
筒状主体；2
‑
筒状主体第一端；3
‑
筒状主体第二端；11
‑
周向加热片；12
‑
轴向上开口槽；13
‑
轴向下开口槽；22
‑
周向第一开槽；23
‑
周向第二开槽；24
‑
周向第三开槽；25
‑
周向第四开槽；L1
‑
现有技术加热器轴向开口槽的宽度；H
‑
现有技术加热器轴向开口槽的长度；W
‑
周向加热片的宽度；L2
‑
本申请实施例轴向开口槽的宽度；L3
‑
周向开槽的
宽度；H1
‑
本申请实施例轴向开口槽的长度；H2
‑
周向开槽的长度；W1
‑
周向第一开槽与筒状主体第二端之间的轴向距离；W2
‑
周向第一开槽与周向第二开槽之间的轴向距离；W3
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周向第二开槽与周向第三开槽之间的轴向距离；W4
‑
周向第三开槽与周向第四开槽之间的轴向距离；W5
‑
周向第四开槽与筒状主体第一端之间的轴向距离。
具体实施方式
[0024]为了使本领域技术人员更好地理解本申请中的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯度可调石墨加热器，其特征在于，所述加热器包括筒状主体(1)，所述筒状主体(1)的筒壁上设置若干轴向开口槽和若干周向开槽，所述轴向开口槽的设置方向与所述筒状主体(1)的轴向方向一致，所述轴向开口槽包括轴向上开口槽(12)和轴向下开口槽(13)，所述轴向上开口槽(12)的一端与所述筒状主体第一端(2)连通，所述轴向下开口槽(13)的一端与所述筒状主体第二端(3)连通，所述周向开槽的设置方向与所述轴向开口槽的设置方向相垂直。2.根据权利要求1所述的梯度可调石墨加热器，其特征在于，所述周向开槽沿所述筒状主体(1)的轴向在所述筒状主体(1)筒壁上呈层状设置，且至少设置一层，同一层所述周向开槽位于与所述筒状主体(1)轴向垂直的同一横截面上。3.根据权利要求2所述的梯度可调石墨加热器，其特征在于，所述的同一层所述周向开槽的相邻两个所述周向开槽之间的距离相等，且每一层的所述周向开槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永亮，于海群，汪海波，施海斌，姜恒，陈程，
申请(专利权)人：内蒙古恒嘉晶体材料有限公司，
类型：新型
国别省市：