大尺寸藍寶石坩堝下降法生長爐的製作方法

2023-05-24 09:11:51

專利名稱：大尺寸藍寶石坩堝下降法生長爐的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及坩堝下降法晶體生長爐技術領域。
背景技術：
現有的藍寶石生長技術主要有感應加熱提拉法、泡生法、溫度梯度法、 熱交換法、導模法和坩堝下降法。在眾多的藍寶石生長方法中，坩堝下降法生 長出的藍寶石具有以下幾個優點1、毛胚晶體外形呈較規則的圓柱形，易於加 工2、晶體應力小，在加工過程中不易碎裂3、低位錯密度，實際生長中位錯密
度可以控制在1000個/Cm2以下，這對於提高高亮度LED的發光效率和產品優良
率都有很重要的意義。但傳統的坩堝下降法生長爐有以下兩個不足之處1、溫
度梯度調整範圍有限，很難提供生長大尺寸藍寶石晶體所需的溫度梯度，同時
導致晶體排除氣泡的能力低下，晶體內部缺陷較多。2、爐內氣氛不能精確控制, 在晶體製備的過程中，爐內注入的保護氣氛由於不斷發生反應壓力下降，在高 溫狀態下，容易造成坩堝氧化揮發，揮發物進入晶體後形成雜質，造成晶體品 質下降，導致晶體內部雜質較多。
實用新型內容
本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種生長晶體質量好、內 部缺陷和雜質都少的大尺寸藍寶石坩堝下降法生長爐。
本實用新型的目的是通過實施下述技術方案來實現的
一種大尺寸藍寶石坩堝下降法生長爐，包括爐體、熱場、真空系統、保護 氣氛充氣系統，熱場內腔設置的鉬坩堝通過坩堝下保溫託與坩堝杆連接，坩堝 杆與主升降機構相連，其特徵在於鉬坩堝對應的下保溫託、坩堝杆設有貫通 孔，通孔內設置的副升降杆從坩堝杆底部穿出，並與副升降機構相連。
所述的大尺寸藍寶石坩堝下降法生長爐，還包括一個氣氛控制系統，所述 氣氛控制系統包括PID控制器、變頻器、壓力傳感器、變送器及真空泵，壓力 傳感器通過變送器與PID控制器相連，PID控制器輸出端通過變頻器與真空系統 的真空泵相連。壓力傳感器產生的電流信號經變送器送入PID控制器，並與控 制器內設定值進行比較，其差值經運算後經控制器輸出至與氣氛控制系統的真 空泵相接的變頻器。
所述的大尺寸藍寶石坩堝下降法生長爐，其PID控制器輸出端還與保護氣 氛充氣系統連接。壓力傳感器產生的電流信號經變送器送入PID控制器，並與 控制器內設定值進行比較，其差值經運算後經控制器輸出至與氣氛控制系統的 真空泵相接的變頻器，或輸出至保護氣氛充氣系統。採用以上結構的大尺寸藍寶石坩堝下降法生長爐，在晶體生長過程的原料 融化階段，啟動與副升降機構相連的副升降杆向上升，封堵下保溫託的貫通孔， 增加鉬坩堝籽晶處的保溫以確保籽晶融化，在晶體生長開始時，升降機構啟動 下降，與副升降機構相連的副升降杆也下降，下保溫託的貫通孔打開，下部的 較冷空氣進入孔內，給貫通孔對應的籽晶管內的籽晶起到一個降溫的作用，為 晶體生長提供足夠的溫度梯度，提高晶體排雜作用，減少晶體內部的缺陷和雜 質，從而提高晶體的完整性和質量。此外，採用氣氛控制系統後，當爐內氣壓
高於設定值時，真空泵就開始工作，將爐內多餘的氣體抽出；當爐內氣壓低於
設定值時，真空泵就停止工作，從充氣孔進入的保護氣體可以確保爐內保護氣 氛符合要求，避免了鉬坩堝揮發後雜質的產生。


圖l是本實用新型結構示意圖。
圖2是本實用新型氣氛控制框圖。
圖中標記l副升降機構滾珠絲槓，2支撐座，3主升降機構的滾珠絲槓，4 熱場，5爐體，6真空系統，7鉬坩堝，8下保溫託，9坩堝杆，IO副升降杆， ll保護氣氛充氣系統。
具體實施方式

以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步說明。
如圖1所示， 一種大尺寸藍寶石坩堝下降法生長爐，包括爐體5、熱場4、 真空系統6、保護氣氛充氣系統11，所述設置在熱場內腔的鉬坩堝7通過坩堝 下保溫託8與坩堝杆9連接，鉬坩堝下部對應的下保溫託、坩堝杆設有貫通孔， 通孔內設置的副升降杆IO從坩堝杆底部穿出，坩堝杆和副升降杆分別與主升降 機構和副升降機構相連，所述升降機構包括支撐座2、滾珠絲杆、步進電機，坩 堝杆、主副升降機構的滾珠絲杆(1， 3)安裝在支承座上，主副升降機構的步 進電機的輸出軸分別與對應的滾珠絲杆相連，從而控制坩堝杆和副升降杆的升 降。在晶體生長過程的原料融化階段，啟動與副升降機構相連的副升降杆向上 升，封堵下保溫託的貫通孔，增加鉬坩堝籽晶處的保溫以確保籽晶融化，在晶 體生長開始時，升降機構啟動下降，與副升降機構相連的副升降杆也下降，下 保溫託的貫通孔打開，下部的較冷空氣進入孔內，對鉬坩堝籽晶管內的籽晶降 溫，為晶體生長提供足夠的溫度梯度，提高晶體排雜作用，減少晶體內部的缺 陷和雜質，從而提高晶體的完整性和質量。
如圖2所示，本實用新型還包括由P工D控制器、變頻器、壓力傳感器及變 送器組成的氣氛控制系統，壓力傳感器產生的壓力信號經變送器送入PID控制 器，並與控制器內設定值進行比較，其差值經運算後經控制器輸出至與真空系統的真空泵相接的變頻器。保護氣氛充氣系統ll始終開啟，當爐內氣壓高於設 定值時，真空泵就幵始工作，將爐內多餘的氣體抽出；當爐內氣壓低於設定值 時，真空泵停止工作，從充氣孔進入的保護氣體確保爐內氣氛始終為保護氣氛， 從而避免了坩堝的氧化和雜質的產生。
PID控制器輸出端還可以與上述保護氣氛充氣系統的充氣閥相連。當爐內氣
壓高於設定值時，充氣系統充氣閥關閉，真空泵就開始工作，將爐內多餘的氣
體抽出；當爐內氣壓低於設定值時，真空泵停止工作，充氣系統充氣閥開啟， 從充氣孔進入的氣體確保爐內氣氛始終為保護氣氛，從而避免了坩堝的氧化和 雜質的產生。
採用以上結構的大尺寸藍寶石坩堝下降法生長爐，適用於生長藍寶石、YAG 系列、鈦寶石、閃爍晶體等高熔點的大尺寸晶體，能有效提高晶體生長質量， 生長出規則圓柱形的優良晶體。
需要說明的是雖然上述實施例已經詳細描述了本實用新型的結構，但本
實用新型並不限於上述實施例，凡是本領域技術人員從上述實施例中不經過創 造性勞動就可以想到的替換結構，均屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求1、一種大尺寸藍寶石坩堝下降法生長爐，包括爐體(5)、熱場(4)、真空系統(6)、保護氣氛充氣系統(11)，熱場內腔設置的鉬坩堝(7)通過坩堝下保溫託(8)與坩堝杆(9)連接，坩堝杆與升降機構相連，其特徵在於鉬坩堝對應的下保溫託、坩堝杆設有貫通孔，通孔內設置的副升降杆(10)從坩堝杆底部穿出，並與副升降機構相連。
2、 如權利要求l所述的大尺寸藍寶石坩堝下降法生長爐，其特徵在於 還包括一個氣氛控制系統，所述氣氛控制系統包括PID控制器、變頻器、壓力 傳感器、變送器及真空泵，壓力傳感器通過變送器與PID控制器相連，PID控制 器輸出端通過變頻器與真空泵相連。
3、 如權利要求1所述的大尺寸藍寶石坩堝下降法生長爐，其特徵在於 所述PID控制器輸出端還與保護氣氛充氣系統相連。
專利摘要一種大尺寸藍寶石坩堝下降法生長爐，包括爐體、熱場、真空系統、保護氣氛充氣系統、爐內氣氛控制系統，設置在熱場內腔的鉬坩堝通過坩堝下保溫託與坩堝杆連接，坩堝杆與主升降機構相連，鉬坩堝籽晶管對應的下保溫託、坩堝杆設有貫通孔，通孔內設置的副升降杆從坩堝杆底部穿出，並與副升降機構相連。通過副升降機構控制副升降杆的升降，從而為晶體生長提供足夠的溫度梯度，提高晶體氣泡排除能力，減少晶體內部的缺陷。通過氣氛控制系統，確保爐內保護氣氛符合要求並保持穩定，避免了鉬坩堝揮發後雜質的產生。從而有效提高晶體生長質量，生長出規則圓柱形的大尺寸優良藍寶石晶體。
文檔編號C30B11/00GK201224777SQ20082006432
公開日2009年4月22日 申請日期2008年7月18日 優先權日2008年7月18日
發明者周世斌, 曹宗良, 王國強, 兵 肖 申請人:成都東駿雷射有限責任公司