一种导模法晶体生长装置及方法制造方法及图纸

本申请提供一种导模法晶体生长装置及方法，包括壳体、第一炉体、第二炉体及沿远离壳体顶部的方向依次设置的降温组件、夹紧传输机构、裁切机构和第一升降组件；第一炉体内设有用于生长晶体的第一坩埚；第二炉体内设有用于熔料的第二坩埚。第一坩埚与第二坩埚通过连通部连通。第一炉体的顶部设有延伸至降温组件内部的第一开口；第一升降组件用于升降籽晶；第一升降组件将籽晶升至与夹紧传输机构齐平时，夹紧传输机构用于夹紧并驱动籽晶和晶体沿导模法晶体生长装置的高度方向运动，籽晶和晶体沿夹紧传输机构传输的长度达到预设长度时，裁切机构用于将晶体切断。切机构用于将晶体切断。切机构用于将晶体切断。

【技术实现步骤摘要】
一种导模法晶体生长装置及方法


[0001]本专利技术涉及晶体制备
，特别是涉及一种导模法晶体生长装置及方法。

技术介绍

[0002]蓝宝石是一种氧化铝的单晶，具有优良的物理、化学、光学性能。正是由于蓝宝石独有的光学物理特性，常被用作LED器件的衬底，以及前激光、引力波干涉仪、透明装甲、红外窗口材料等其它工业民用和可穿戴消费类电子产品。
[0003]其中，导模法(Edge
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defined Film
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fed Growth，EFG法)是常用的蓝宝石晶体生长方法。导模法是一种借助模具将溶液通过毛细作用输运至模具顶部生长成晶体的生长方法。通过加热器加热，将坩埚内的氧化铝原料融化成熔体，模具放在坩埚底部，使熔融液体的氧化铝原料通过模具的毛细作用输运至模具顶部，存放在毛细缝隙中。此时将籽晶缓慢下降，与模具上表面接触，使籽晶微微融，此时籽晶与模具之间形成一层薄薄的液膜，然后通过变速的提拉籽晶，使液膜不断凝固形成单晶，晶体形状由模具形状决定。使用导模法生长晶体的过程中，一般都是根据坩埚容积填装对应体积的氧化铝原料，使液面尽可能的处于高位，保证能够生长所需尺寸的晶体。
[0004]但是一次只能生长一个晶体，若想再生长一个晶体，则需要等整个晶体生长装置降温以后，再重新放置一个籽晶，并重复上述生长晶体的全部过程，才可以得到另一个晶体。如果需要生长数量较多的晶体时，则晶体生长装置需要反复升温降温，中间的升温降温过程占用了太多的时间，导致生产效率低下。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的目的在于提供一种导模法晶体生长装置及方法，以实现晶体的连续生长，提高生产效率。具体技术方案如下：
[0006]本申请实施例第一方面提供一种导模法晶体生长装置，包括壳体、位于所述壳体内的第一炉体和第二炉体以及沿远离所述壳体顶部的方向依次设置的降温组件、夹紧传输机构、裁切机构和第一升降组件；所述第一炉体内设置有第一坩埚，所述第一坩埚内设置有导模模具，所述第一坩埚用于通过所述导模模具生长晶体；所述第二炉体内设有第二坩埚，所述第二坩埚用于熔料，所述第一坩埚与所述第二坩埚通过连通部连通；所述第一炉体的顶部设有第一开口，所述第一开口延伸至所述降温组件内部，以使所述第一炉体内部与所述降温组件内部连通；所述第一升降组件用于升降籽晶，使得所述籽晶与所述导模模具表面的熔体接触，并在所述籽晶表面结晶，实现晶体生长；所述第一升降组件将所述籽晶升至与所述夹紧传输机构齐平时，所述夹紧传输机构用于夹紧并驱动所述籽晶和所述晶体沿所述导模法晶体生长装置的高度方向运动，所述籽晶和所述晶体沿所述夹紧传输机构传输的长度达到预设长度时，所述裁切机构用于将所述晶体切断。
[0007]另外，根据本申请实施例的导模法晶体生长装置，其还可以具有如下的技术特征：
[0008]在一些实施例中，所述降温组件包括沿远离所述第一炉体顶部的方向依次设置的
第一降温区、退火区、第二降温区、冷却区。
[0009]在一些实施例中，所述裁切机构还包括风刀，所述风刀用于限制冷却液向所述降温组件的方向流动。
[0010]在一些实施例中，所述导模法晶体生长装置还包括设于所述第一炉体顶端的第一隔热阀，所述第一隔热阀配置为沿所述导模法晶体生长装置的厚度方向移动，以开启或封堵所述第一开口。
[0011]在一些实施例中，所述夹紧传输机构至少包括两组沿所述晶体的传输方向间隔设置的夹紧件，每组所述夹紧件包括沿晶体的厚度方向设置的驱动辊和从动辊，所述驱动辊转动并带动所述从动辊转动，所述驱动辊和所述从动辊之间的静摩擦使得所述晶体能够沿所述导模法晶体生长装置的高度方向传输。
[0012]在一些实施例中，所述第一升降组件包括缠绕机构和升降机构，所述缠绕机构包括第一电机、提拉丝和第一提拉杆，所述第一电机包括第一主轴，所述第一主轴与提拉丝连接，所述提拉丝通过第一提拉杆与所述籽晶连接，所述第一电机用于驱动所述提拉丝缠绕于所述第一主轴；所述升降机构包括第二电机，所述第二电机用于驱动所述缠绕机构沿所述导模法晶体生长装置的高度方向进行升降运动。
[0013]在一些实施例中，所述第一提拉杆的长度至少等于所述导模模具与所述第二降温区顶部之间的距离。
[0014]在一些实施例中，所述导模法晶体生长装置还包括至少两个第二升降组件和过渡仓，所述第二升降组件用于升降原料预制棒，所述第二升降组件沿所述导模法晶体生长装置的厚度方向并列设置于所述壳体的顶部，并与所述壳体可移动连接；所述第二炉体的顶端设有第二开口，至少两个所述第二升降组件均设有与所述过渡仓连通的第三开口，所述过渡仓靠近所述第二升降组件的一侧设有与所述第二开口位置相对的第四开口，所述过渡仓远离所述第二升降组件的一侧设有与所述第二开口位置相对的第五开口，至少两个所述第二升降组件能够沿所述导模法晶体生长装置的厚度方向相对于所述壳体以及所述过渡仓移动，以使其中一个所述第二升降组件的所述第三开口、与所述第四开口、所述第五开口以及所述第二开口位置相对；所述第四开口设有第一封堵件，所述第五开口设有第二封堵件，所述第一封堵件和所述第二封堵件配置为在所述第一开口与所述第二开口位置相对时，分别开启所述第四开口和所述第五开口；在所述第一开口与所述第二开口位置不相对时，分别关闭所述第四开口和所述第五开口。
[0015]在一些实施例中，所述过渡仓设有置换气体入口和置换气体出口。
[0016]在一些实施例中，所述第二升降组件包括预制原料棒腔，所述预制原料棒腔靠近所述过渡仓设置，所述第二升降组件的顶部设有第三电机，所述第三电机包括主轴；所述第二升降组件还包括波纹管和第二提拉杆，所述第二提拉杆置于所述波纹管内保部，所述波纹管一端与所述主轴连接，另一端与所述预制原料棒腔顶部连接，所述第二提拉杆一端与所述主轴连接，另一端与所述预制原料棒连接，所述主轴用于驱动所述第二提拉杆升降运动，并使得所述波纹管被迫拉伸或者压缩，所述波纹管用于密封所述预制原料棒腔、所述过渡仓和所述第二炉体。
[0017]本申请第二方面提供一种导模法晶体生长方法，所述导模法晶体生长方法至少包括以下步骤：
[0018]装炉：将高密度氧化铝原料分别放在第一坩埚和第二坩埚内，所述第二坩埚与所述第一坩埚通过所述连通部连通，并将导模模具放入所述第一坩埚内。
[0019]长晶：将所述第一升降组件的籽晶下放到与所述导模模具的液面接触，按预定速度提升所述籽晶，以使熔体不断地在所述籽晶表面结晶，实现晶体生长。
[0020]传输：所述籽晶的长度生长到至少与所述夹紧传输机构齐平时，所述夹紧传输机构用于夹紧并驱动所述籽晶沿所述导模法晶体生长装置的高度方向运动；
[0021]裁切：所述籽晶沿所述夹紧传输机构传输的长度达到预设长度时，所述裁切机构用于将所述籽晶切断；
[0022]继续长晶：所述夹紧传输机构按预定速度持续驱动所述籽晶沿所述导模法晶体生长装置的高度方向运动，以使熔体不断地在所述籽晶表面结晶，实现晶体生长。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导模法晶体生长装置，其特征在于，包括壳体、位于所述壳体内的第一炉体和第二炉体以及沿远离所述壳体顶部的方向依次设置的降温组件、夹紧传输机构、裁切机构和第一升降组件；所述第一炉体内设置有第一坩埚，所述第一坩埚内设置有导模模具，所述第一坩埚用于通过所述导模模具生长晶体；所述第二炉体内设有第二坩埚，所述第二坩埚用于熔料，所述第一坩埚与所述第二坩埚通过连通部连通；所述第一炉体的顶部设有第一开口，所述第一开口延伸至所述降温组件内部，以使所述第一炉体内部与所述降温组件内部连通；所述第一升降组件用于升降籽晶，使得所述籽晶与所述导模模具表面的熔体接触，并在所述籽晶表面结晶，实现晶体生长；所述第一升降组件将所述籽晶升至与所述夹紧传输机构齐平时，所述夹紧传输机构用于夹紧并驱动所述籽晶和所述晶体沿所述导模法晶体生长装置的高度方向运动，所述籽晶和所述晶体沿所述夹紧传输机构传输的长度达到预设长度时，所述裁切机构用于将所述晶体切断。2.根据权利要求1所述的导模法晶体生长装置，其特征在于，所述降温组件包括沿远离所述第一炉体顶部的方向依次设置的第一降温区、退火区、第二降温区、冷却区。3.根据权利要求1所述的导模法晶体生长装置，其特征在于，所述裁切机构还包括风刀，所述风刀用于限制冷却液向所述降温组件的方向流动。4.根据权利要求1所述的导模法晶体生长装置，其特征在于，所述导模法晶体生长装置还包括设于所述第一炉体顶端的第一隔热阀，所述第一隔热阀配置为沿所述导模法晶体生长装置的厚度方向移动，以开启或封堵所述第一开口。5.根据权利要求1所述的导模法晶体生长装置，其特征在于，所述夹紧传输机构至少包括两组沿所述晶体的传输方向间隔设置的夹紧件，每组所述夹紧件包括沿晶体的厚度方向设置的驱动辊和从动辊，所述驱动辊转动并带动所述从动辊转动，所述驱动辊和所述从动辊之间的静摩擦使得所述晶体能够沿所述导模法晶体生长装置的高度方向传输。6.根据权利要求2所述的导模法晶体生长装置，其特征在于，所述第一升降组件包括缠绕机构和升降机构，所述缠绕机构包括第一电机、提拉丝和第一提拉杆，所述第一电机包括第一主轴，所述第一主轴与提拉丝连接，所述提拉丝通过第一提拉杆与所述籽晶连接，所述第一电机用于驱动所述提拉丝缠绕于所述第一主轴；所述升降机构包括第二电机，所述第二电机用于驱动所述缠绕机构沿所述导模法晶体生长装置的高度方向进行升降运动。7.根据权利要求6所述的导模法晶体生长装置，其特征在于，所述第一提拉杆的长度至少等于所述导模模具与所述第二降温区顶部之间的距离。8.根据权利要求1
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7中任一项所述的导模法晶体生长装置，其特征在于，所述导模法晶体生长装置还包括至少两个第二升降组件和过渡仓...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓亮，黄存新，赵鹏，
申请(专利权)人：北京中材人工晶体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：