一种蓝宝石生长炉制造技术

本实用新型专利技术公开了一种蓝宝石生长炉，它包括真空炉壳、坩埚、加热装置、籽晶固定装置、惰性气体循环系统、真空装置；其中，加热装置位于真空炉壳的底部，坩埚置于加热装置包围的空间内；籽晶固定装置位于坩埚的正上方，用于固定籽晶；惰性气体循环系统为一个独立的气体循环系统，其底部与籽晶的顶部相接；真空装置与真空炉壳密闭连接。本实用新型专利技术解决了泡生法不易引晶以及晶体生长过程中晶体方向及长晶速率不易控制的缺陷，又克服了热交换法中晶体生长情况无法观测及能耗相对较高的缺点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种蓝宝石生长炉，属于结晶工艺学领域。
技术介绍
目前，蓝宝石晶体生长工艺多采用泡生法、热交换法、提拉法和导模法等，其中，泡生法工艺最为成熟，占据70%以上的市场份额，热交换法占据一部分市场份额，提拉法和导模法工艺难以满足产业化生产的实际需求。但是，泡生法直接由上至下生长A向的蓝宝石晶体，而作为用于LED的基片多为C 向，因而所有泡生法生长的晶体都将进行横向掏棒，然后将掏出的晶棒打磨，抛光等，最后切割成晶片，晶棒的利用率比较低；热交换法是将C向籽晶预先铺设在坩埚底部，并在原料熔化的过程中不断通气以冷却籽晶，在确保原料化尽后降低功率实现基于籽晶的生长，由于籽晶在坩埚内部，因此，为了保持籽晶不被熔化，需要大量惰性气体循环进行热交换，加大了生产中的能耗，并且，在实际生产过程中，底部籽晶的状况难以知晓，在随后的生长过程中，由于不能完全控制籽晶的纵向横向的生长速率比，所以可能会造成晶体与坩埚内壁过早接触，造成晶体开裂。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种新型的蓝宝石生长炉，采用气体冷却的方法控制籽晶不被熔化，从上至下生长晶体，通过控制冷却气体的流量、温度及加热装置的功率等， 调节晶体的生长速率，解决泡生法不易引晶以及晶体生长过程中晶体方向及长晶速率不易控制的缺陷。本技术提供了一种蓝宝石生长炉，它包括真空炉壳、坩埚、加热装置、籽晶固定装置、惰性气体循环系统、真空装置；其中，加热装置位于真空炉壳的底部，坩埚置于加热装置包围的空间内；籽晶固定装置位于坩埚的上方，用于固定籽晶；惰性气体循环系统为一个独立的气体循环系统，位于籽晶固定装置的上方，其底部可以与籽晶的顶部相接，其接触面积略小于籽晶的顶部表面积；真空装置与真空炉壳密闭连接，该真空装置可以位于真空炉壳的四周，如炉壳的上方、侧面或底部。其中，惰性气体循环系统装在真空炉壳的内部或外部。进一步地，所述的惰性气体循环系统由抽风装置、可控式热交换装置、送风装置组成，其中，可控式热交换装置位于抽风装置和送风装置之间，通过管道分别与抽风装置和送风装置连接；其中，惰性气体多采用氦气、氮气等。进一步地，籽晶固定装置、惰性气体循环系统可以上下升降，操作时，籽晶固定装置装载籽晶下降，使籽晶接触坩埚内的熔体液面，同时，惰性气体循环系统也随之下降，以保持其底部始终与籽晶的顶部相连，从而达到热交换的目的。进一步地，它还包括红外测温仪，该测温仪穿过真空炉壳，并与籽晶处于同一水平高度。 进一步地，它还包括观测孔，该观测孔位于籽晶的斜上方的真空炉壳上，用于观察晶体生长时其纵向生长速率与横向生长速率，从而通过侧、底部加热装置以及籽晶顶部的惰性气体循环系统来调节晶体生长速率。 进一步地，所述加热装置包括侧部加热装置和底部加热装置，可以独立进行控制， 以确保晶体横向与纵向生长的可控性。进一步地，侧部加热装置的高度略高于籽晶的高度，可以保证整个晶体的温度一致，实现原位退火及冷却。本技术采用气体冷却的方法来控制籽晶不被熔化，又从上至下生长晶体；分开控制侧部及底部加热装置来实现晶体的纵向及横向生长可控；另外通过控制冷却气体的流量，温度以及侧部，底部加热器的功率比等，来调节晶体的生长速率。既解决了泡生法不易引晶以及晶体生长过程中晶体方向及长晶速率不易控制的缺陷，又克服了热交换法中晶体生长情况无法观测及能耗相对较高的缺点。附图说明图1本技术的结构示意图；图2本技术的结构示意图；图3本技术的结构示意图；图4惰性气体循环系统的结构示意图；其中，1-真空炉壳、2-坩埚、3-加热装置、5-熔体、6-籽晶固定装置、7-籽晶、8-红外测温仪、9-观测孔、10-惰性气体循环系统、11-真空装置、12-抽风装置、13-可控式热交换装置、14-送风装置、15-侧部加热装置、16-底部加热装置。具体实施方式如图1、2、3、4所示，本技术为一种蓝宝石生长炉，它包括真空炉壳1、坩埚2、 加热装置3、籽晶固定装置6、惰性气体循环系统10、真空装置11 ；其中，加热装置3位于真空炉壳1的底部，坩埚2置于加热装置3包围的空间内；籽晶固定装置6位于坩埚2的正上方，用于固定籽晶7 ；惰性气体循环系统10为一个独立的气体循环系统，位于籽晶固定装置 6的上方；真空装置11与真空炉壳1密闭连接；其中，惰性气体循环系统10可以安装在真空炉壳1的内部或外部；惰性气体循环系统10由抽风装置12、可控式热交换装置13、送风装置14组成，可控式热交换装置13位于抽风装置12和送风装置14之间，通过管道分别与抽风装置12和送风装置14连接；籽晶固定装置6、惰性气体循环系统10可上下升降；该技术还包括红外测温仪8，该测温仪穿过真空炉壳1，并与籽晶7处于同一水平高度；该技术还包括观测孔9，该观测孔位于籽晶7的斜上方的真空炉壳1上；该技术中，加热装置3包括侧部加热装置15和底部加热装置16，侧部加热装置15的高度略高于籽晶7 的高度。在实际操作时，先将纯净的α -Al2O3装入坩埚2中，通过籽晶固定装置6将蓝宝石籽晶7固定于坩埚2上方；通过加热装置将坩埚2加热到氧化铝的熔点以上，使氧化铝形成熔体5，控制熔体的温度，使温度略高于熔点，通过可上下升降籽晶固定装置6，将籽晶7的高度降低，使部分籽晶7与熔体5相接触，实现籽晶7与熔体5充分粘润；再将可上下升降的惰性气体循环装置10向下移动，使其底部与籽晶7的顶部相接触，形成热交换接触面，再通过惰性气体循环装置10中的低温氮气，使籽晶7的顶部温度低于熔点，使得籽晶7不熔化，并且，循环的氮气，不断从接触面带走热量，这就使熔体5顶部处于过冷状态而结晶于籽晶7上，使得籽晶7逐渐长大，并小心调节加热装置3的功率，最终使得整个坩埚内的熔体全部凝固。在晶体生长的过程中，可以通过观测孔9观察晶体生长时其纵向生长速率与横向生长速率，同时采用红外测温仪测定籽晶周围的温度，从而通过侧部加热装置15、底部加热装置16以及籽晶顶部的惰性气体循环装置10来调节晶体生长速率。而整个晶体生长过程中，可以通过真空装置11抽真空，也可以根据需要，抽真空后，在真空炉壳内通入惰性气体，保持生长环境中需要的气体和压强。采用本技术生长蓝宝石晶体时，将籽晶置于熔体之上，其周围温度低于氧化铝熔点，避免了热交换法中需要大量惰性气体循环热交换来保持籽晶不被熔化的缺点；与泡生法不同，该技术中的籽晶的换热量由气体种类，流量，气压，温度等多个因素来调节，结晶过程中产生的热量可以被精确导出，长晶速度亦容易控制；另外本技术中侧部加热装置的高度高于蓝宝石晶体的高度，在晶体生长结束后，通过控制冷却气流量及侧部加热装置，可以实现晶体各段温度均勻，实现原位退火。权利要求1.一种蓝宝石生长炉，其特征在于它包括真空炉壳(1)、坩埚(2)、加热装置(3)、籽晶固定装置(6)、惰性气体循环系统(10)、真空装置(11)；其中，加热装置(3)位于真空炉壳 ⑴的底部，坩埚⑵置于加热装置⑶包围的空间内；籽晶固定装置(6)位于坩埚(2)的上方，用于固定籽晶(7)；惰性气体循环系统(10)为一个独立的气体循环系统，位于籽晶固定装置(6)的上方；真空装置(11)与真空炉壳(1)密闭连接。2.根据权利要求1所述的生长炉，其特征在于所本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种蓝宝石生长炉，其特征在于：它包括真空炉壳（１）、坩埚（２）、加热装置（３）、籽晶固定装置（６）、惰性气体循环系统（１０）、真空装置（１１）；其中，加热装置（３）位于真空炉壳（１）的底部，坩埚（２）置于加热装置（３）包围的空间内；籽晶固定装置（６）位于坩埚（２）的上方，用于固定籽晶（７）；惰性气体循环系统（１０）为一个独立的气体循环系统，位于籽晶固定装置（６）的上方；真空装置（１１）与真空炉壳（１）密闭连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕铁铮，
申请(专利权)人：吕铁铮，
类型：实用新型
国别省市：90