生长蓝宝石单晶的设备及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103422163A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103422163103422163A(43)申请公布日2013.12.04(21)申请号201310405030.6(22)申请日2013.09.06(71)申请人上海森松压力容器有限公司地址200137上海市浦东新区高翔环路562号第3幢(72)发明人华庆茅陆荣李严州程佳彪宋瑜(74)专利代理机构上海百一领御专利代理事务所(普通合伙)31243代理人马育麟(51)Int.Cl.C30B17/00(2006.01)C30B29/20(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书4页说明书4页附图3页附图3页(54)发明名称生长蓝宝石单晶的设备及方法(57)摘要本发明公开了一种生长蓝宝石单晶的设备及方法，包括一炉体，一真空系统、一提拉系统、一电源以及设置于所述炉体的一加热系统和一冷却系统；所述真空系统与所述炉体的内腔连通；所述提拉系统设置于所述炉体的上方；所述提拉系统包括提拉动力装置以及与所述提拉动力装置连接的籽晶杆；还包括一控制系统，所述控制系统与所述电源、所述加热系统、所述冷却系统和所述提拉系统电连接；所述加热系统与所述炉体之间设置有保温层。由于采用了本发明的一种生长蓝宝石单晶的设备及方法，能够有效的调控温度梯度和生长前沿固液界面状态，避免气泡和降低缺陷密度，由此获得高质量的蓝宝石单晶体。CN103422163ACN103426ACN103422163A权利要求书1/2页1.一种生长蓝宝石单晶的设备，包括一炉体，一真空系统、一提拉系统、一电源以及设置于所述炉体的一加热系统和一冷却系统；所述真空系统与所述炉体的内腔连通；所述提拉系统设置于所述炉体的上方；所述提拉系统包括提拉动力装置以及与所述提拉动力装置连接的籽晶杆；还包括一控制系统，所述控制系统与所述电源、所述加热系统、所述冷却系统和所述提拉系统电连接，其特征在于，所述的加热系统包括一加热器、一坩埚和一支撑结构，所述支撑结构包括一支撑柱，所述加热器设置于所述支撑结构顶部，所述坩埚设置于所述加热器内。2.如权利要求1所述的生长蓝宝石单晶的设备，其特征在于：所述加热器呈笼状；所述加热器与所述炉体之间设置有保温层。3.如权利要求1所述的生长蓝宝石单晶的设备，其特征在于：所述支撑结构还包括两分别固定于所述支撑柱顶部和底部的托盘。4.如权利要求1所述的生长蓝宝石单晶的设备，其特征在于：所述冷却系统包括水冷却环路；所述炉体的侧壁或底盘内设置有所述水冷却环路。5.如权利要求1-4所述任意一项生长蓝宝石单晶的设备，其特征在于：所述冷却系统包括一气冷装置，所述支撑柱中空，所述气冷装置设置于所述支撑柱内，且所述支撑柱顶部的托盘形成与所述支撑柱的中空部对应的通孔。6.如权利要求5所述的生长蓝宝石单晶的设备，其特征在于：所述籽晶杆内设有所述水冷却环路。7.如权利要求1所述的生长蓝宝石单晶的设备，其特征在于：所述真空系统包括抽真空机构，所述抽真空机构通过一真空管与所述炉体的腔体连通；所述抽真空机构采用机械泵、罗茨泵、扩散泵和分子泵中的之一或任一组合。8.一种生长蓝宝石单晶的设备的生长蓝宝石单晶的方法，包括如下步骤：a.原料与装置准备步骤；b.通过真空系统对炉体进行抽真空；c.通过加热系统中的加热器对坩埚进行加热熔化原料形成熔体，所述坩埚由包括一支撑柱在内的支撑结构支撑；d.通过启动提拉系统将籽晶接触熔体实现接种引晶;e.利用控制系统控制电源，使得加热器的电压以30～1000mv/h的速率逐渐降低；并控制所述气冷装置中气体的温度和流量，使熔体沿着籽晶的方向逐渐结晶成单晶体；f.通过所述控制系统调节冷却系统，使得单晶体按预定形态平缓生长。9.如权利要求8所述的生长蓝宝石单晶的方法，其特征在于：所述通过加热器对坩埚进行加热熔化原料形成熔体步骤进一步包括步骤：通过加热器对坩埚进行加热，使坩埚的内部温度在8～20小时内从室温升高至2050～2100℃；保温0～10个小时完全融化原料。10.如权利要求8所述的生长蓝宝石单晶的方法，其特征在于：所述通过所述控制系统调节冷却系统步骤进一步包括步骤：在单晶生长过程中，当所述熔体的固液界面呈凹型形态时，通过控制系统调低气冷装置中的气体温度，并加大气体流量，使所述熔体的固液界面由凹变凸；2CN103422163A权利要求书2/2页当所述熔体的固液界面呈凸形形态且其凸率超过一预设要求值，通过控制系统调高气冷装置中的气体温度，并减少气体流量。3CN103422163A说明书1/4页生长蓝宝石单晶的设备及方法技术领域[0001]本发明属于晶体制备技术领域，涉及一种晶体生长设备及生长晶体方法，尤其涉及一种生长蓝宝石单晶的设备及方法。背景技术[000