[实用新型]一种蓝宝石晶体导模法生长装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及晶体制造技术领域，特别涉及一种蓝宝石晶体导模法生长装置。

背景技术

蓝宝石晶体材料的生长目前已有很多种方法，主要有：泡生法（Kyropolous法，简称Ky法）、导模法（即EdgeDefinedFilm-fedGrowthtechniques法，简称EFG法）、热交换法（即HeatExchangeMethod法，简称HEM法），提拉法（Czochralski法，简称Cz法），布里奇曼法（Bridgman法，坩埚下降法）等。

导膜法的原理是利用模具上的毛细缝通过毛细现象将坩埚内的原料提升至模具顶端，专利号为201420210490.3的实用新型专利中，提到了一种用于蓝宝石晶体导膜法生长的模具吊装装置，包括模具、安放模具的坩埚、坩埚盖及支撑埚坩底部的支座，模具与坩埚盖之间以螺纹方式连接，模具与坩埚盖上表面之间放置一层保温碳毡或金属屏；坩埚盖的两端通过销钉分别固定在两个吊杆底端固定连接；上述模具吊装装置主要是利用模具生长蓝宝石晶体依靠模具附近放置的硬毡或金属屏，或者通过气体对流换热，从而驱动晶体生长，该种结构适合直径较小或者厚度较薄的蓝宝石棒状或板片状晶体生长；其缺点为：（1）仅依靠保温毡或金属屏，或气体对流换热，当随着晶体直径较大或厚度较厚时，碳毡或金属屏其对生长界面中心部位的散热作用快速衰减，金属屏经过高温变形后，更进一步造成了晶体生长界面散热条件不均，使生长界面形状凹凸不平，导致了晶体内部气泡多，而对晶体的过度冷却加剧了晶体的应力和位错问题；同时，生长界面附近的碳毡会造成碳掺入晶体，也会影响晶体质量；（2）利用籽晶和模具相位置不断运动的工艺方法，但运动的籽晶和模具无法确保生长界面稳定的位于热场的对称轴上，因此生长界面容易变形且不稳定，而相对运动的生长界面，进一步加大了晶体质量控制的难度，且由于前述因素大直径蓝宝石晶体也难以连续获得。

因此，急需研发一种能够对较大的生长界面比较均匀一致地散热的蓝宝石生长方法和设备，同时实现连续生长，以降低成本满足市场应用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够保证晶体生长界面散热均匀的蓝宝石晶体导模法生长装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种蓝宝石晶体导模法生长装置，包括晶体生长炉以及安装在炉内的坩埚、模具、吊盘以及安装在吊盘上端面的吊杆，所述模具的下端浸渍在坩埚内的氧化铝熔液中，其上端端部安装在吊盘中心并由吊杆带动其上下移动；其创新点在于：所述吊杆上还安装一对气体冷却盘，该气体冷却盘水平设置在吊盘的上方。

进一步地，所述气体冷却盘为一中空柱体，其中心为一供籽晶下降引晶或晶体生长的引晶通道，其内侧壁具有若干层沿轴向均匀分布的冷却片；所述每层冷却片呈环状，其中空设置并形成一供冷却气体通入的环状空腔；所述气体冷却盘两侧具有一对称设置并沿轴向延伸的进气通道和出气通道，所述进气通道的顶部为一总进气口，其下端开有若干与环状空腔连通的支进气口，所述出气通道的顶部为一总出气口，其下端开有若干与环状空腔连通的支出气口。

进一步地，所述气体冷却盘为回转体结构，该气体冷却盘与模具同轴设置。

进一步地，所述气体冷却盘为六角形环状。

进一步地，所述进气通道的进气口和出气通道的出气口均通过螺纹方式与供气管连接。

进一步地，所述气体冷却盘为W/Mo金属盘。

本实用新型的优点在于：

（1）目前由于模具附近放置的硬毡或金属屏，或者通过气体对流换热，生长界面上方晶体温度以驱动晶体生长，难以对较大的晶体生长界面进行均匀的散热而无法获得较大尺寸高质量蓝宝石晶体产品，本实用新型的生长装置，在晶体生长过程中，利用安装在吊杆上的气体冷却盘，通过调节气体冷却盘内气体流量来控制冷却盘温度以生长界面，避免了碳毡或金属屏，或气体对流换热仅冷却晶体而无法均匀冷却生长界面内部的情况，从而获得均匀稳定的生长界面以获得高品质蓝宝石晶体；

（2）本实用新型的气体冷却盘为一中空柱体，并具有多层冷却片的辐射散热结构，晶体在中空柱体的引晶通道内生长，该种结构冷却效果好，且冷却均匀；

（3）本实用新型的气体冷却盘为回转体结构，该气体冷却盘与模具同轴设置，通过吊杆实现吊盘及模具与下方的坩埚在垂直方向实现相对运动，但始终位于热场的几何对称轴上，确保了对称的晶体生长界面；

（4）本实用新型的气体冷却盘呈六角形环状，在生长蓝宝石晶体半球罩，选用晶体的散热面为a面或m面，气体冷却盘为六角形环状，可提高生长界面的均匀散热效果；