[实用新型]单晶锭制造装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及单晶锭制造领域，特别是涉及一种蓝宝石单晶锭的制造装置。

背景技术

传统泡生法生长蓝宝石晶体过程中，通过一个环绕坩埚外侧的主加热器对坩埚内的给料进行融化。在此过程中，由于只有一个主加热器，熔体中的对流较为严重，对流虽然可以将熔体中的气泡带出熔体表面。然而熔体中的对流很容易造成晶体生长时的回熔现象，对晶体质量造成不利的影响。因此，泡生法生长蓝宝石晶体时需要求熔体中的对流越小越好。

为了获得更大的蓝宝石晶体，往往要增加坩埚尺寸。30Kg的蓝宝石晶体生长所使用的坩埚直径一般在250mm以上，而且这一直径还有继续增加的趋势，目的是为了获得更大的晶体。然而，坩埚直径增大以生长大直径(尤其是150mm以上)晶体时，熔体对流显著增加，对晶体质量的不利影响越明显。如图6中所示，左侧为仅有一个主加热器时熔体M’中的流函数图，流函数等高线的密度反应了对流的强弱，而图6右侧通过热流矢量来反应对流的强弱，热流矢量线越密，则对流越强。从图6中可以看到，熔体M’中存在两个明显的对流漩涡，一个在熔体M’的中心，一个在靠近坩埚2’的侧壁的地方，对流强度较强，很容易造成晶体回熔，从而使晶体N质量不好。

另外，当只有一个主加热器时，即便在晶体生长的后期只有较少的熔体时，为了保证熔体的温度，仍然要求主加热器保持较大的功率，使得蓝宝石晶体生长过程的功耗很大。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型需要提供一种单晶锭制造装置，所述装置可以改善例如蓝宝石的单晶锭形成过程中的对流以减小回熔现象的产生，有效地改善了晶体质量，同时可以降低功耗，节约能源。

根据本实用新型的单晶锭制造装置，包括：主体；设置在所述主体内的坩埚；至少两个主加热器，所述至少两个主加热器沿所述坩埚的轴向彼此间隔开地设置在所述坩埚的四周，用于熔化容纳在坩埚内的给料，所述至少两个主加热器分别单独控温；籽晶夹头，所述籽晶夹头位于所述坩埚之上，用于夹持籽晶；保温部件，所述保温部件设置在所述坩埚的周围；和底部加热器，所述底部加热器设在所述坩埚的下方且与坩埚的底部之间具有预定距离。

根据本实用新型实施例的单晶锭制造装置，通过采用至少两个单独控温的主加热器，可以大幅度降低熔体中的对流，从而有效地改善晶体质量。此外，在晶体生长的后期，熔体液面下降，此时在保持下部主加热器功率不变以保证熔体温度不降的同时，可以大幅度降低上部加热器的功率，从而有效降低了在整个晶体生长过程的功耗并且可以防止因熔体温度过低而出现粘锅情况。

另外，根据本实用新型上述实施例的单晶锭制造装置还可以具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述主加热器包括两个，且所述两个主加热器沿所述坩埚的轴向间隔开设置。

根据本实用新型的另一个实施例，所述主加热器包括三个，且所述三个主加热器沿所述坩埚的轴向间隔开设置。

根据本实用新型实施例的单晶锭制造装置，经过分别控制多个主加热器的加热功率，可以大幅度降低熔体中的对流，从而有效地改善晶体质量。

根据本实用新型的一个实施例，所述至少两个主加热器中的每一个均为一体地环形设置在所述坩埚的周向外侧。

根据本实用新型的另一个实施例，所述至少两个主加热器中的每一个均包括：至少两个分加热器，所述至少两个分加热器沿所述坩埚的周向依次排列设置在所述坩埚的外侧。

可选地，所述分加热器的数量为两个且两个分加热器分别呈半圆形以围绕所述坩埚外周。

根据本实用新型的一个实施例，所述单晶锭制造装置进一步包括称重单元，所述称重单元连接至所述籽晶夹头用于称取晶体产品的重量，其中，所述主加热器和/或所述底部加热器基于所述称重单元的检测结果被控制加热以防止晶体产品粘接到坩埚底部和/或侧壁、并在发生粘接时熔化粘接至所述坩埚的晶体产品。

根据本实用新型的一个实施例，所述单晶锭制造装置进一步包括热交换器，所述热交换器位于所述坩埚的顶部和籽晶夹头之间，所述籽晶夹头可升降地穿过所述热交换器且所述热交换器中通入冷却介质以对所述籽晶进行冷却。使用热交换器可以促进籽晶冷却，对改善晶体的冷却速度和温度梯度有良好的效果，同时可以加快晶体生长过程。

可选地，所述冷却介质为水或者氦气。