一種藍寶石生長泡生爐保溫上屏的製作方法
2023-06-17 15:31:36
專利名稱：一種藍寶石生長泡生爐保溫上屏的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型的藍寶石生長泡生爐，尤其涉及一種藍寶石生長泡生爐保溫上屏。
背景技術：
1926年，Kyropouls發明了泡生法(Kyro poulos method)。泡生法的原理為將原料放入耐高溫的坩堝中加熱熔化，調整爐內溫場使熔體上部溫度稍微高於熔點；使籽晶杆上的籽晶接觸液面，待其表面稍熔後，降低表面溫度到熔點，提拉並轉動籽晶杆，使熔體頂部處於過冷狀態而結晶。晶體生長過程中和結束後，晶體均不與坩堝壁接觸，從而減少了晶體應力。它的原理和提拉法相似，但卻解決了提拉法不能解決的問題(I)泡生法能夠生 長較大直徑的晶體。(2)泡生法在生長大尺寸、有方向性的藍寶石晶體時有更大的優勢。(3)泡生法生長系統能夠提供藍寶石晶體生長的最佳溫度梯度。(4)泡生法生長過程中和結束時，晶體不與坩堝接觸，大大減少了應力，晶體的質量比較好，缺陷密度遠低於提拉法生長的藍寶石晶體。泡生法和提拉法的最大區別就在於，泡生法是利用溫度控制生長晶體，生長時只拉出晶體頭部，晶體部分依靠溫度變化來生長，而拉出頸部的同時，調整加熱電壓使得熔融的原料達到最合適的生長溫度範圍。泡生法生長晶體既結合了傳統提拉法生長藍寶石晶體的優點，又具備了生長大尺寸和高質量單晶體的優點。泡生法是目前藍寶石襯底片來源的主流生長方法，以美國的Rubicon和俄羅斯的MonoCrystal 為代表。生長過程主要包括
1.原料裝爐，並將熱場組件依次安裝，安裝籽晶，籽晶位置距乾料面10-30mm;
2.抽真空,並升溫化料。分兩步抽真空,首先採用機械泵抽真空，當爐內真空度<20Pa時，採用分子泵抽高真空，當真空度達到5X10_3Pa後開啟加熱電源升溫；溫度採用電壓控制式，升溫速率為6000mv以下500-600mv/h ；6000mv以上200_300mv/h ;直至觀察到原料熔化為止；
3.縮頸及引晶下降籽晶使之接觸熔化液面，控制溫度略高於晶體熔點使籽晶微熔，然後提拉籽晶杆在表面張力的作用下，原料在籽晶上凝結生長，這樣初期生長晶棒比籽晶略細，縮頸工藝能夠大大降低籽晶的位錯密度，從而降低放肩後生長晶體的位錯密度。大大提高生長晶體的完整性，縮頸距離在10-15mm ；
4.放肩及轉肩在該階段適當控制降溫速率和籽晶杆提拉速率，不斷放大晶體生長速率，晶體呈錐形緩慢長大，肩部重量約佔總重的10%左右，之後轉入等徑生長階段；
5.等徑生長階段該階段生長速率恆定，直至長晶結束。6.降溫退火在晶體重量達到投料重量後，開始降溫退火。在泡生法生長高溫氧化物晶體過程中，引晶是決定整個晶體生長過程成敗的關鍵，目前的泡生法生長技術還未能實現自動化的引晶技術，還需要人工進行引晶接種，在引晶過程中需要不斷的觀察籽晶和液面的接觸情況，判斷引晶溫點是否合適，並控制生長速度，觀察引晶初期晶體生長形狀及控制縮頸工藝。目前常用泡生爐保溫上屏，均採用在一具有中心觀察孔6』的上屏I』上沿90°角豎直開觀察槽2』，觀察槽2』延伸線可延伸至上方爐蓋4』觀察窗口 5』，如圖I和圖2所示；
現有技術的不足
1.直式觀察槽2』觀察範圍小，當籽晶旋轉到近觀察孔位置時，存在觀察死角，看不到籽晶底部，不利於引晶和對生長界面的觀察；
2.在晶體生長過程中存在大量的揮發物，這些揮發物會在上屏鑰片上聚集，嚴重時會 堵塞觀察孔道。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種藍寶石生長泡生爐保溫上屏，通過對上屏上觀察槽進行改進，擴大的觀察範圍，避免出現觀察死角；進一步可以避免晶體生長過程中的揮發物聚集堵塞觀察口。為解決上述技術問題，本發明提供一種藍寶石生長泡生爐保溫上屏，設置於爐蓋與泡生爐內原料熔化液面之間，上屏具有一中心觀察孔，其特徵是，所述上屏上縱向沿一傾斜角開有一貫通的觀察槽。所述傾斜角角度範圍在0-30°。觀察槽的傾斜角度可以根據觀察液面、中心孔直徑/高度、爐蓋觀察窗的位置進行調節。傾斜角觀察槽的延伸線可以延伸至上方的爐蓋觀察窗口、下方的觀察液面，使觀察範圍更大。所述傾斜角觀察槽的延伸線與上方的所述爐蓋觀察窗口一致。所述上屏採用多層平行的鑰片構成。所述上屏採用2 O層鑰片結構，單層厚度1臟，層間距5mm。所述觀察槽的開槽方式為自下向上逐漸擴大。所述鑰片自下向上逐層縮進的開槽方式形成所述觀察槽。本發明所達到的有益效果
1.斜口式觀察槽角度與爐蓋觀察窗角度一致，斜口觀察槽的開口角度可以根據觀察液面、中心孔直徑/高度、爐蓋觀察窗的位置進行調節，觀察範圍更大，不存在觀察死角，便於在籽晶旋轉過程中全方位觀察籽晶頭部，能夠方便觀察引晶時的固液界面情況；
2.自下向上逐層縮進的開槽方式，能夠避免揮發物聚集堵塞觀察口。3.這種對觀察槽的改進，對爐內長晶區溫度分布及溫度梯度影響不大，對長晶無任何影響。
圖I是現有技術中上屏主視 圖2是圖I中A-A剖視 圖3是本發明的泡生爐保溫上屏主視 圖4是圖3中B-B剖視圖；圖5是上屏結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。如圖3和圖4所示，本發明的泡生爐保溫上屏，在上屏I上沿一定傾斜角Θ開有觀察槽2，傾斜角Θ延伸線與上方爐蓋觀察窗口 5—致，角度範圍在0-30°，具體角度可以根據觀察原料熔化的液面、上屏I及爐蓋4觀察窗之間的距離確定。如圖5所示，本實施例中以角度Θ為15°的開槽為例，範圍A是現有技術中直式觀察槽看到的液面範圍，B是本發明的傾斜式觀察槽看到的液面3範圍，通過對比可以看出，本發明的傾斜式觀察槽可以看到的範圍更大，避免了觀察死角。 上屏I採用2 O層鑰片結構，單層厚度1mm，各層間用鑰條垂直間隔，層間距5mm，考慮誤差及L形杆的直徑，總高度可為110-130mm。上屏中心觀察孔6直徑60_80mm。觀察槽2採用自下向上逐層縮進的開槽方式，能夠避免揮發物聚集堵塞觀察口，並且對爐內長晶區溫度分布及溫度梯度影響不大，對長晶無任何影響。本發明的保溫上屏結構適用於泡生法生長高溫氧化物晶體。通過採用CGSim軟體分別對兩種觀察槽形式的上屏在爐內使用時，爐內的溫度分布情況進行模擬對比，對比結果顯示斜口式的上屏對爐內溫度梯度分布影響不大，完全滿足藍寶石晶體生長的要求。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種藍寶石生長泡生爐保溫上屏，設置於爐蓋與泡生爐內原料熔化液面之間，上屏具有一中心觀察孔，其特徵是，所述上屏上縱向沿一傾斜角開有一貫通的觀察槽。
2.根據權利要求I所述的藍寶石生長泡生爐保溫上屏，其特徵是，所述傾斜角角度範圍在0-30。。
3.根據權利要求I所述的藍寶石生長泡生爐保溫上屏，其特徵是，所述觀察槽的延伸線與上方的所述爐蓋觀察窗口一致。
4.根據權利要求I所述的藍寶石生長泡生爐保溫上屏，其特徵是，所述上屏採用多層平行的鑰片構成。
5.根據權利要求4所述的藍寶石生長泡生爐保溫上屏，其特徵是，所述上屏採用2O層 鑰片結構，單層厚度Imm,層間距5mm。
6.根據權利要求I所述的藍寶石生長泡生爐保溫上屏，其特徵是，所述觀察槽的開槽方式為自下向上逐漸擴大。
7.根據權利要求4或5所述的藍寶石生長泡生爐保溫上屏，其特徵是，所述鑰片自下向上逐層縮進的開槽方式形成所述觀察槽。
全文摘要
本發明公開了一種藍寶石生長泡生爐保溫上屏，設置於爐蓋與泡生爐內原料熔化液面之間，上屏具有一中心觀察孔，所述上屏上縱向沿一傾斜角開有一貫通的觀察槽。這種對觀察槽的改進，對爐內長晶區溫度分布及溫度梯度影響不大，對晶體生長無任何影響。斜口觀察槽的開口角度可以根據觀察液面、中心孔直徑/高度、爐蓋觀察窗的位置進行調節，觀察範圍更大，不存在觀察死角，便於在籽晶旋轉過程中全方位觀察籽晶頭部，能夠方便觀察引晶時的固液界面情況；自下向上逐層縮進的開槽方式，能夠避免揮發物聚集堵塞觀察口。
文檔編號C30B17/00GK102965725SQ201210553940
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月19日 優先權日2012年12月19日
發明者王慶國, 錢兵, 朱燁, 汪紅衛, 鞠星 申請人:蘇州巍邇光電科技有限公司