[发明专利]一种棒状蓝宝石晶体生长设备及其生长方法

权利要求书

1.一种棒状蓝宝石晶体生长设备，包括模具、坩埚、晶体生长炉、主加热器及抽真空装置，所述模具置于坩埚中，坩埚置于晶体生长炉中，主加热器用以对晶体生长炉加热；其特征在于：所述模具为旋转对称表面模具，其侧表面为旋转几何表面，顶部端面为凹形表面，该凹形表面由三个相互交叉的斜平面组成，且所述三个斜平面的交点位于旋转几何表面的旋转对称轴上；所述模具内部设有与旋转几何表面的旋转对称轴相平行的一条或以上的贯通的毛细通道，其底部留有液体流向毛细通道的缝隙。

2.根据权利要求1所述的一种棒状蓝宝石晶体生长设备，其特征在于：所述晶体在退火的位置还设有石墨辅加热器。

3.根据权利要求1所述的一种棒状蓝宝石晶体生长设备，其特征在于：所述模具采用耐高温金属加工，该耐高温金属为钼或钨或钨钼合金。

4.根据权利要求1所述的一种棒状蓝宝石晶体生长设备，其特征在于：所述斜面法向与模具的对称轴夹角为57.6°。

5.根据权利要求1所述的一种棒状蓝宝石晶体生长设备，其特征在于：所述三个斜平面大小与形状一致，且对称均匀分布在模具的顶部端面上。

6.根据权利要求1所述的一种棒状蓝宝石晶体生长设备，其特征在于：所述模具为圆柱形，所述模具的上端面，直径不小于50.8mm。

7.根据权利要求1所述的一种棒状蓝宝石晶体生长设备，其特征在于：所述毛细通道呈圆柱形或长方形。

8.根据权利要求1所述的一种棒状蓝宝石晶体生长设备，其特征在于：所述毛细通道为圆柱形通孔，其直径

r=α²/h

α为蓝宝石的对于一般可浸润耐高温金属的毛细常数，毛细常数大约为6mm，r为毛细缝通道的直径，h为蓝宝石毛细作用供料的高度。

9.根据权利要求8所述的一种棒状蓝宝石晶体生长设备，其特征在于：所述毛细通道直径r为0.1mm至13mm。

10.根据权利要求1所述的一种棒状蓝宝石晶体生长设备，其特征在于：在三个斜面两两相交的相交线上，还设有轴对称的端面通道。

11.根据权利要求10所述的一种棒状蓝宝石晶体生长设备，其特征在于：所述端面通道为长方形通孔，其宽度

w=α²/h

α为蓝宝石的对于一般可浸润耐高温金属的毛细常数，毛细常数大约为6mm，w为端面通道的宽度，h为蓝宝石毛细作用供料的高度。

12.根据权利要求11所述的一种棒状蓝宝石晶体生长设备，其特征在于：所述端面通道为宽度为0.1mm至13mm。

13.一种采用权利要求1所述的棒状蓝宝石晶体生长设备实现棒状蓝宝石晶体生长的生长方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤S1：将设定重量的高纯蓝宝石块料或粉料装入坩埚中，而后将坩埚置于晶体生长炉内，且在坩埚底部放置旋转对称表面模具；

步骤S2：将晶体生长炉抽真空，真空度~10^-3Pa；

步骤S3：通过主加热器控制晶体生长炉升温至2000-2100℃，待蓝宝石熔化成熔体；

步骤S4：选用定向的籽晶，下籽晶，进行引晶；籽晶的下端面为c面，且籽晶的c轴与所述模具的旋转对称轴平行；

步骤S5：以10~100mm/hr的速度进行晶体生长，至晶体生长结束；

步骤S6：进行晶棒的退火处理，退火温度1600~2000℃，退火时间10~20hr；

步骤S7：以10~60℃/hr的速度缓慢降温；

步骤S8：炉内温度降至室温后，取出晶棒。