生长大尺寸蓝宝石单晶板材的单晶炉热场结构及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114737253A(43)申请公布日2022.07.12(21)申请号202210653098.5(22)申请日2022.06.10(71)申请人太原彩源新材料科技有限公司地址030000山西省太原市中北高新技术产业开发区科技创新园公园南街Ａ(72)发明人安希超褚春波李佳伟(74)专利代理机构太原晋科知识产权代理事务所(特殊普通合伙)14110专利代理师郑晋周(51)Int.Cl.C30B29/20(2006.01)C30B11/00(2006.01)C30B33/02(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图5页(54)发明名称生长大尺寸蓝宝石单晶板材的单晶炉热场结构及方法(57)摘要本发明涉及蓝宝石单晶板材制备技术，具体涉及一种生长大尺寸蓝宝石单晶板材的单晶炉热场结构及方法，解决蓝宝石制备中最后形态为大尺寸板材状的问题。生长大尺寸蓝宝石单晶板材的单晶炉热场结构及方法，包括保温箱、坩埚组、坩埚托板、支撑杆、导热杆、导热杆电机、加热体、电极、电极连接杆、坩埚盖，保温箱内设有加热体，坩埚组位于加热体之间，坩埚组包含平板形坩埚，平板形坩埚的底部呈倒梯形状，坩埚上方设有坩埚盖，最下端水平放置籽晶，在保温箱底部穿设有导热杆，导热杆上端与平板形坩埚底部接触，加热体上连接有电极以及电极连接杆。该热场温度梯度合理、温场稳定、保温效果良好，能够生产大尺寸蓝宝石板材，确保晶体的高质量。CN114737253ACN114737253A权利要求书1/2页1.一种适用于生长大尺寸蓝宝石单晶板材的热场结构，其特征在于：包括保温箱（10）、坩埚组（1）、坩埚托板（2）、支撑杆（3）、导热杆（4）、导热杆电机（5）、加热体（6）、电极（7）、电极连接杆（8）、坩埚盖（9），所述的保温箱（10）内设有加热体（6），坩埚组（1）位于加热体（6）之间，保温箱（10）内下部设有坩埚托板（2），所述的坩埚组（1）包含若干平板形坩埚，平板形坩埚的底部呈倒梯形状，且平板形坩埚底部放置在坩埚托板（2）上方，坩埚上方设有坩埚盖（9），倒梯形最下端水平放置籽晶（11），坩埚内部装有高纯氧化铝原料，在保温箱（10）底部穿设有导热杆（4），导热杆（4）上端与平板形坩埚底部最下端位置接触，所述的加热体（6）通过电极连接杆（8）连接有电极（7），在保温箱（10）下部设置有辅加热体（12）。2.根据权利要求1所述的适用于生长大尺寸蓝宝石单晶板材的热场结构，其特征在于：所述的坩埚组（1）由多个平板形坩埚组成，平板形坩埚，中、上部份为长方体形、底部呈倒梯形。3.根据权利要求2所述的适用于生长大尺寸蓝宝石单晶板材的热场结构，其特征在于：所述的长方体形的内壁尺寸为宽度300‑500mm，长度500‑800mm，厚度40‑130mm。4.根据权利要求1所述的适用于生长大尺寸蓝宝石单晶板材的热场结构，其特征在于：所述的导热杆（4）为双层套管状结构，内管为进水，外侧管出水。5.根据权利要求1所述的适用于生长大尺寸蓝宝石单晶板材的热场结构，其特征在于：加热体（6）和辅加热体（12）为加热体板，通过互相垂直连接构成加热区域空间，其中加热体（6）分为上、下两段，位于坩埚组四周同时穿插于坩埚组内部，并且加热体（6）底部边缘高于坩埚组底部所在的平面，辅加热体（12）位于导热杆四周。6.根据权利要求1所述的适用于生长大尺寸蓝宝石单晶板材的热场结构，其特征在于：电极（7）位于热场底部两侧，电极连接杆（8）下端与电极（7）连接，上端与加热体（6）连接。7.根据权利要求1所述的适用于生长大尺寸蓝宝石单晶板材的热场结构，其特征在于：保温箱（10）由下隔热屏、四周的侧隔热屏和上隔热屏组成；导热杆（4）穿过保温箱的下隔热屏和坩埚托板（2），导热杆（4）顶端与坩埚组的各个平板形坩埚底部接触，导热杆（4）底端接有循环冷却水，导热杆电机（5）连接导热杆（4）底部，可以控制导热杆（4）脱离坩埚，用于控制局部温度。8.根据权利要求1所述的适用于生长大尺寸蓝宝石单晶板材的热场结构，其特征在于：其中所述的坩埚、坩埚盖、导热杆的材质为钨、钼或其他耐高温金属，所述的坩埚托板、支撑杆、加热体、电极连接杆的材质为石墨或其他导电、导热、耐高温性能良好的材料，所述的保温箱材质为石墨毡或其他耐高温隔热材料。9.一种生长大尺寸蓝宝石单晶板材的方法，其特征在于步骤为：S001、原料装入坩埚，打开机械泵、真空泵；S002、充入氩气，开启单晶炉电源升温至蓝宝石熔化；S003、完全熔化后，调节辅加热体电压，控制坩埚组底部的温度避免籽晶熔化，不高于2050℃，此时坩埚内的温度自上至下呈由高到低的梯度分部，坩埚顶部处于上部热场约2300℃，坩埚底部处于下部热场约2050℃，底部中心与导热杆接触部