[发明专利]单晶及其制造方法

说明书

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2005/011404，国际申请日为2005年4月6日，进入中国国家阶段的申请号为200580012188.0，名称为“单晶及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。

相关申请交叉引用

背景

发明领域

本发明一般涉及单晶部件，具体涉及单晶片材，形成这些片材的方法，以及用来制造单晶片材的处理设备。

相关领域描述

蓝宝石之类的单晶已成为要求高性能的光学用途(包括各种军用用途和商业用途)的材料之选。单晶蓝宝石在200-5000纳米范围内具有良好的光学性能，另外还具有人们所需的机械性质，例如极高的硬度、强度、抗腐蚀性和在恶劣环境下的化学稳定性。

尽管某些要求高性能的用途已利用单晶蓝宝石，但是部分由于单晶蓝宝石的形成技术造成的成本和尺寸的限制，其并未获得广泛应用。在这方面，片状形式的单晶蓝宝石是一种工业上寄予很大希望的几何构型。然而，在控制处理成本的前提下放大尺寸成为工业中的一个难题。例如，处理设备的开发尚不足以可重复地制造大尺寸片材，另外，处理技术的的发展尚不足以进行可靠的制造。

来自第五届DOD Electromagnetic Window学术会议的会议记录第一卷(1993年10月)的名为“Large Diameter Sapphire Window from Single CrystalSheets”的出版物描述了蓝宝石片材处理(作者为本发明人)。但是该论文所描述的技术具有局限性，特别限于中等片材尺寸。

根据上文所述，工业上仍然需要能够以廉价的方法制造的大尺寸单晶片材，尺寸的增大和成本的降低能够使所述片材用于各种应用，而迄今为止，这一点尚未开发实现。另外，人们特别需要大尺寸的蓝宝石片材。

简述

根据本发明的第一方面，提供了一种蓝宝石单晶。这种蓝宝石单晶是长度＞宽度＞＞厚度的片材，其宽度不小于15厘米，厚度不小于约0.5厘米。

根据另一方面，提供了一种蓝宝石单晶，该单晶为长度＞宽度＞厚度的片材，其宽度不小于15厘米，厚度变化不大于0.2厘米。

根据另一方面，提供了一种蓝宝石单晶，该单晶由包括主体和颈部的处于生长状态下的单晶片材组成。所述主体具有通常互相平行的第一和第二相对侧面，由第一和第二相对侧面的各自的端点或过渡点限定的颈部向主体的过渡。根据一个具体特征，该单晶片的Δ_T不大于4.0厘米。Δ_T是第一和第二过渡点沿单晶片的长度方向投影的相隔的距离。

根据另一方面，提供了一种形成单晶的方法，在此方法中，在具有模具的坩埚内提供熔体。对沿模具的热梯度进行动态调节，从模具中拉延单晶。

根据另一方面，提供了一种形成单晶的方法，该方法包括提供熔体，从模具中拉延单晶，从模具将单晶向上拉伸，将其拉入后热器。所述后热器具有通过隔离结构互相隔离的下部隔间和上部隔间。

根据另一方面，提供了一种形成单晶的方法，该方法包括在熔体器具(meltfixture)的坩埚中提供熔体。该熔体器具具有向坩埚开放的模具，以及覆盖在所述坩埚和模具上的多个热屏蔽体，所述热屏蔽体的结构能够沿模具提供静态温度梯度，使得位于模具中点处附近的温度最高。从所述模具中拉延单晶。

根据另一实施方式，还提供了熔体器具。在一个方面中，熔体器具具有提供了所需静态温度梯度的屏蔽装置。在另一方面中，熔体器具包括可调节的梯度调整装置。

附图简述

图1和图2显示了本发明一个实施方式的晶体生长设备的正视图和侧视图。

图3显示了本发明一个实施方式的熔体器具的端部透视图，该熔体器具形成了图1和图2所示晶体生长设备的部件。

图4显示了图3所示熔体器具的坩埚的轮廓尺寸。

图5显示了图3所示熔体器具的俯视透视图。

图6显示了两种处于生长状态下的蓝宝石单晶。

优选实施方式的描述

根据本发明的各种实施方式，提供了新颖的蓝宝石单晶、单晶生长设备(具体来说是EFG生长设备)、以及用来生长单晶的方法。所述各种实施方式的描述中，首先对图1和2所示的EFG生长设备10进行讨论。在本文中，术语EFG表示边缘限定馈膜生长(Edge-Defined-Film-Fed Growth)技术，这是单晶制造工业中众所周知的技术，当用于蓝宝石单晶生长时，其具体包括EFG。