[发明专利]导模法同步生长多条晶体的热场及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体的生长方法及其使用的热场，尤其涉及一种导模法同步生长多条蓝宝石单晶体的方法及该方法所使用的热场。

背景技术

蓝宝石单晶体(α-Al₂O₃单晶)是一种简单配位型氧化物晶体，属六方晶系，空间群D₆₃d₂R₃mc，具有良好的力学、机械、热学和电学性能及稳定的物理化学性能，是一种耐高温、耐磨损、抗腐蚀性和透光波段宽的优质光功能材料，在激光、红外、半导体、LED衬底、新能源技术、高档奢侈品等领域有广泛的应用。

人类对蓝宝石的认识较早，生长技术多样。但其生长速度慢，生产可重复性差，导致价格过于昂贵，大大限制了蓝宝石的应用。各种蓝宝石生长方法互有利弊，其中，导模法(EFG)是利用金属的毛细现象通过钼模具引导Al₂O₃熔体，在结晶过程中蓝宝石外形由钼模具的形状限定，而得到理想中的产品，这大大简化了晶体的加工环节，降低了加工难度，同时减少了坯料的浪费，可显著提高经济效益，是当前人工蓝宝石最具潜力的生长方法之一。

然而，EFG法在生长多条晶片时往往由于同步性差，而造成各条晶片的晶向不一，径向温度梯度不均匀，致使晶片位错密度高甚至形成晶界，并带有较大应力，晶体质量很不理想。

发明内容

为了解决现有技术中采用EFG法生长多条晶片时所存在的多条晶片同步性差、各晶片晶向不一、径向温度梯度不均匀、晶片位错密度高、内应力大等问题，本发明提供了一种导模法同步生长多条晶片的热场及方法。

本发明所提供的技术方案为：一种导模法同步生长多条晶体的热场，其至少包括加热保温装置、设置于加热保温装置内部的坩埚和用于提拉籽晶的籽晶夹头装置，所述加热保温装置包括设置于坩埚外周的用于加热坩埚的发热体；

所述坩埚具有相互平行的第一侧壁和第二侧壁；

所述发热体为使所述坩埚的内部与其第一侧壁、第二侧壁等距的位置处温度相等的结构；

所述坩埚内设置有并排式模具，所述并排式模具包括并排固定在所述坩埚内、结构相同的多个模具片，每一模具片到所述坩埚的第一侧壁、第二侧壁的距离相等，且每一模具片的上表面均与所要生长的晶体的截面尺寸、形状相同；

所述并排式模具的上方设置所述籽晶，所述籽晶底部具有一可与每一模具片的上表面同时接触的熔接面，且所述籽晶的熔接面与每一模具片的上表面接触而形成的接触面的大小、尺寸相同。

进一步的，所述坩埚为方形体结构，所述发热体为与所述坩埚结构匹配的方形体结构，所述坩埚的第一侧壁、第二侧壁与所述发热体的内壁距离相等，从而使得所述坩埚的内部与其第一侧壁、第二侧壁等距的位置处温度相等。

进一步的，所述所要生长的晶体为片状或拱形片状；

每一模具片的上表面均具有与所述坩埚的第一侧壁平行的第一边缘以及与所述坩埚的第二侧壁平行的第二边缘，且每一模具片的第一边缘到所述坩埚的第一侧壁的距离、第二边缘到所述坩埚的第二侧壁的距离、以及每一模具片的第一边缘到第二边缘的距离均相等。

进一步的，所述籽晶为两侧具有突起部的T形片状，该T形片状的籽晶平行于所述坩埚的第一侧壁、第二侧壁设置，并到所述坩埚的第一侧壁、第二侧壁的距离相等，所述籽晶的底部表面形成可与每一模具片的上表面同时接触的所述熔接面；

所述籽晶夹头装置包括分别与所述籽晶两侧的突起部连接的两个钼制套，所述钼制套具有用于容纳所述籽晶的突起部的圈套结构；所述籽晶的突出部伸入到所述钼制套的圈套结构内，从而将所述籽晶挂在所述钼制套上。

进一步的，所述加热保温装置还包括石墨硬毡保温罩，其设置于所述发热体和坩埚的上方，并环绕设置在所述籽晶和籽晶夹头装置的外围；所述石墨硬毡保温罩的表面刷有耐氧化涂层，所述石墨硬毡保温罩上设置有便于观察晶体生长的第一观察窗口和第二观察窗口，且所述第一观察窗口和所述第二观察窗口对称设置在所述籽晶的两侧。