[发明专利]蓝宝石单晶制造用冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及蓝宝石单晶制造用冷却装置，尤其涉及循环利用对坩埚内的籽晶进行冷却的冷媒，降低成本的同时，让冷却过程中的冷媒所受热冲击最小化，可防止冷媒体积、流量、速度急剧变化的蓝宝石单晶制造用冷却装置。

背景技术

随着电子技术的日新月异，显示器领域对光学、物理性能优秀的蓝宝石单晶的需求急剧增长。以氧化铝单晶为主成分的蓝宝石单晶，其透光性和散热性优秀，是对这两项指标要求很高的背投电视或LCD模块基板的核心素材，还作为蓝色LED基板应用广泛。

但蓝宝石在晶体结构上具有异相性，在长晶时容易发生裂纹，存在一些技术难关。为了得到大小和质量满足要求的蓝宝石单晶，业界对各种长晶方法进行不断研究。

现有的长晶方法有焰熔法（Verneuil Method），布里奇曼法(Bridgman)，定边膜喂法（EFG; Edge-Defined Film-Feed Growth），乔克拉尔斯基法(Czochralski Method)，热交换法（HEM, Heat Exchange Method）。

焰熔法让氧化铝粉末经过氧气-氢气火焰，使之熔化，把溶液滴到籽晶（Seed）上，并让结晶旋转下降，获得结晶。这一方法可以让结晶容易成长，其成本也很低廉，但结晶成长过程中所受热冲击非常高，容易发生裂纹，从质量和大小方面只适合于手表玻璃和装饰用途，很难他用。

乔克拉尔斯基法(Czochralski Method)具有可以自由调节直径，长度长，生产效率高等优点，但对于蓝宝石单晶等脆弱的材料来说，长晶过程中的高温度梯度、结晶旋转上升时拉单晶机产生的震动、芯部的应力集中，直接限制单晶的直径，其成长轴方向被限制。

定边膜喂法（EFG; Edge-Defined Film-Feed Growth）与乔克拉尔斯基法类似，虽然可以有效地按所愿形状长晶，但结晶的表面存在很多缺陷，结晶生产效率不高。而从原理层面，降低缺陷对于该工艺来说几乎不可能。

热交换法（HEM, Heat Exchange Method）在温度均匀的高温部下端部分、设置热交换器、精密控制温度。因此，在长晶的过程中温度梯度非常稳定，而且没必要为了固化、移动结晶本身，是直径和质量方面可以获得最好效果的长晶方式。但作为热交换媒介、使用高价氦气，并用完后废弃。因此，制造成本过高。

为了解决这一问题，有些技术方案展示了用水代替高价氦气的方案。但水流过籽晶下端的高温部（约2000摄氏度）时，从液态汽化到气态，产生剧烈的体积膨胀、由此发生震动，导致结晶出现双晶或裂纹等严重缺陷，很难得到高质量的单晶。而且无法直接控制高温部的温度等，存在很多问题点。

韩国专利公开第2002-56247号展示了这种用水的技术方案。但该现有技术在籽晶下端设置黑铅材料热交换部，在其下部设置水冷的铜棒，对黑铅材料热交换部的温度进行控制，以此对籽晶下端的温度进行控制。而籽晶下端的温度与水冷铜棒的温度之间有相当大的偏差，很难进行精密的温度控制，很难得到高质量单晶。

现有技术1.韩国注册专利第10-0573525号

现有技术2.韩国公开专利第10-2002-56247号

发明内容

本发明是鉴于如上所述现有技术的问题而提出的，其目的在于提供一种循环使用对设置于坩埚内部的籽晶进行冷却的冷媒，降低制造成本的同时，让冷却过程中的冷媒所受热冲击最小化，可防止冷媒体积、流量、速度急剧变化的蓝宝石单晶制造用冷却装置。

本发明的另一目的在于提供一种蓝宝石单晶制造用冷却装置，稳定地冷却氦气，防止其急剧收缩或循环速度发生变化。

本发明的另一目的在于提供一种蓝宝石单晶制造用冷却装置，分别检测供应到冷却部的已加热的氦气温度和由冷却部排出的已冷却氦气温度，根据检测值调节冷却水的流量，让氦气的供应温度维持在一定值。

本发明的另一目的在于提供一种蓝宝石单晶制造用冷却装置，在冷媒供应管和冷媒排出管的连接部位、在冷媒排出管的端部内侧角部形成曲面部，防止冷媒流动方向改变的部位出现乱流。

为了达到如上所述的目的，本发明的蓝宝石单晶制造用冷却装置包括形成有位于内部底面固定有籽晶结晶的坩埚下部、向固定有籽晶结晶的部位供应冷媒的供应管，把冷却坩埚下部的冷媒排出的冷媒排出管的冷媒循环部；由连接冷媒供应管的入口和冷媒排出管出口的内部管，环抱所述内部管、内部有冷媒循环的外部管形成双重管结构的第1冷却部；内部形成有装放所述第1冷却部的冷却槽，填充有冷却水的第2冷却部。