[实用新型]改进的泡生法蓝宝石单晶炉冷却系统结构

说明书

（一）技术领域

本实用新型涉及一种蓝宝石单晶炉冷却系统结构，具体涉及一种尤其适于生长大尺寸蓝宝石单晶的改进的泡生法生长蓝宝石单晶炉冷却系统结构。

（二）背景技术

蓝宝石单晶具有优异的综合性能，被广泛应用于航空航天、军事与民用工业、电子技术等众多领域，是目前GaN蓝光LED外延衬底片的首选材料。商业化生长蓝宝石晶体的方法主要有泡生法、热交换法、提拉法、VHGF法等，其中泡生法因拥有综合的技术和成本优势，在市场上占据主导地位。

随着科学技术的发展及蓝宝石应用领域的不断扩大，对蓝宝石单晶的品质与尺寸提出了更高的要求。蓝宝石单晶生长设备结构合理是生长高品质蓝宝石单晶的前提条件，只有温场合理，才有可能生长出形状理想、内部缺陷少的蓝宝石单晶。尤其大尺寸蓝宝石单晶的生长周期长，在生长后期由于散热速度快，晶体自发生长的倾向更大，生长速度不易控制，可能会由于生长速度波动而使晶体内部缺陷增多。因此，生长大尺寸、高品质蓝宝石单晶时对温场的要求更加严格。

温场主要受加热体、保温结构及冷却系统的影响，传统泡生法单晶炉的冷却系统结构一般分为籽晶杆热交换器、炉体上部、侧壁及底部四个部分单独控制，且冷却水的主要目的在于保护炉壳不过热，并没有充分发挥其在晶体生长过程中的影响。

（三）发明内容

本实用新型在前期授权专利号ZL200920100239.0与ZL201320222749.1中公布的冷心放肩微量提拉法（改进的泡生法）蓝宝石单晶生长炉结构的基础上，对蓝宝石单晶炉的冷却系统结构进行改进，以发挥泡生法蓝宝石单晶炉冷却系统对晶体生长过程的影响，增大冷却系统的调节范围，形成适于生长高品质、大尺寸蓝宝石单晶的改进的泡生法蓝宝石单晶炉冷却系统结构。

本实用新型的目的是这样实现的：该结构包括籽晶杆热交换器、炉体上部、侧壁及底部冷却系统结构，炉体上部冷却结构包括小炉盖与大炉盖两部分，炉体上部、侧壁及底部冷却系统结构均设置有冷却用循环水管，籽晶杆热交换器与小炉盖内冷却水管管径大于等于大炉盖内冷却水管管径，采用4或6分管，炉体底部冷却水分为与支柱相接触内圆及炉底其余部分两部分独立控制，炉体侧壁冷却水管路分上、中下三部分单独控制。

本实用新型还有这样一些特征：

1、所述的籽晶杆热交换器与小炉盖内冷却水管根据排布特点，由原来的2分水管调整为4分或6分水管，管径大于等于大炉盖内冷却水管管径，以便增大温场上部的冷却能力及调节范围。

2、所述的冷却用循环水管采取单管路或双管路方式排布。

本实用新型的有益效果有：

1、本实用新型中冷却水管管径增大，一方面有有利于减少管路堵塞的风险，使散热条件更加均匀。另一方面增大了冷却系统的调控范围，进而增强了其对炉内温场的调节作用；

2、本实用新型中对炉体侧壁及底部采用分区域单独控制的方式，可根据生长阶段的不同特点及对温场的要求，通过调整不同部位冷却水的换热能力，达到在一定程度上调节温场的作用，增强了温场调节的灵活性，有利于形成合理的温度梯度，减小工艺控制难度；

3、本实用新型中炉体侧壁冷却分段控制，可以通过控制晶体生长后期炉体上部的散热条件，减少热量流失，使后期晶体生长速度得到有效控制，减少自发生长的倾向，尤其适于生长大尺寸、高品质蓝宝石单晶；

4、该冷却系统结构可有效提高热能利用率、减少能耗，进而降低成本。

（四）附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

（五）具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。图1为本实用新型结构示意图，该结构包括籽晶杆热交换器1、炉体上部冷却结构、侧壁、及底部冷却系统结构，其中，炉体上部冷却结构包括小炉盖2和大炉盖3两部分。为增大炉内冷心部分的换热能力的调节范围，进而调节生长界面及熔体内的温度梯度，控制晶体生长速度，籽晶杆热交换器1与小炉盖2内冷却水管管径可大于等于大炉盖3内冷却水管管径，采用4~6分管。将炉体侧壁冷却结构4分为a、b、c三部分单独控制，以便于根据不同生长阶段特点进行灵活调整，控制晶体生长速度。出于相同的目的，将炉体底部5冷却水也分为两部分独立控制，与支柱6相接触内圆d及炉底其余部分e两部分。

本实用新型也不仅限于图中结构，与本专利思想相近，做少量结构调整的也属本专利保护范围。