CN102453953A - 长晶方法及其机台架构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种长晶方法及其机台架构。本发明的长晶方法的特征是在于在凯氏长晶法的基础上，形成单晶棒的晶肩后，将夹持有晶种的晶种杆与坩锅采同方向转动，以在较佳的原料熔汤热均温下冷却生长出单晶棒的晶身部分，避免单晶棒因坩锅内原料熔汤热均温不良下易碎裂的缺失。

Description

长晶方法及其机台架构

技术领域

本发明涉及一种长晶方法及其机台架构，特别涉及一种以凯氏法(KY法)为基础的改良式长晶方法及其机台架构。

背景技术

人工合成的蓝宝石主要成分为氧化铝，其不仅硬度仅次于钻石外，更具有高光学透光率、耐高温、高热传导等特性，近年来更广泛地应用在生长氮化镓的超高亮度蓝光、绿光、蓝绿光与白光LED磊晶用的基板。另外，也使用在表面声波元件、手术用尖端物件、内视镜镜头等众多领域。

现有的蓝宝石晶体生产方式一般可分为两种，第一种是所谓的柴氏提拉法(CZ法)，第二种是所谓的凯氏法(KY法)。柴式提拉法是将原料放入坩锅中，使用加热源将原料熔解，藉由上方晶种在与坩锅端采不同方向转动的情况下，上引生长出单晶棒(ingot)。柴氏提拉法虽然凭借转动方式使坩锅内的熔解原料热均匀度较佳，但其所生长出的单晶棒内极易产生气泡，为人所诟病。而凯氏法是在生长过程中除了晶颈需拉升外，其余仅控制温度的变化，因此具有低缺陷密度、晶棒尺寸较大、生长效率快与产能高等优势。但凯氏法因为热均温差，所产生的晶棒残留由热应力，再者，凯氏法所生成单晶棒的A轴往往呈现倾斜状，造成切割C轴晶棒时，相当大的浪费(如图2)。

有鉴于此，本发明遂针对上述现有技术的缺失，提出一种崭新的长晶方法及其机台架构，以有效克服上述的该多个问题。

发明内容

本发明的主要目的在提供一种长晶方法，其在不引起过量气泡下获得均温性良好的原料熔汤，进而生长出一无热应力残留且不易碎裂的单晶棒。

本发明的另一目的在提供一种长晶机台架构，其能维持长成的单晶棒的A轴成垂直状，以获得最大的C轴晶柱体积。

为达上述的目的，本发明提供一种长晶方法，此长晶方法包含有提供一坩锅与一位于该坩锅上方的晶种，坩锅内承载一原料熔汤，此长晶方法的特征在于在凯氏长晶法的基础上，形成单晶棒的晶肩后，将夹持有晶种的晶种杆与坩锅端采同方向转动，以冷却生长出单晶棒的晶身部分。

本发明更提出一种长晶机台机构，其应用于上述的长晶方法，此长晶机台机构的特征是在凯氏长晶机台架构的基础上，更增设有一晶种左右移动机构，以带动晶种在原料熔汤内移动，以维持单晶棒的A轴成垂直状。

底下凭借具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为本发明的崭新的长晶方法的架构示意图；

图2为背景技术中单晶棒的A轴与C轴的示意图。

附图标记说明：10-长晶架构；12-坩锅；14-晶种；16-原料熔汤；18-单晶棒；20-晶种杆；22-左右移动机构。

具体实施方式

请参阅图1，其为本发明的崭新的长晶方法的架构示意图。如图所示，长晶架构10包含有一坩锅12与一位于坩锅12上方的晶种杆20，坩锅12内承载一原料熔汤16，晶种杆20底端夹持有一晶种14。本发明是架构在凯氏长晶法(kyropoulous method)的基础上，形成一单晶棒18的晶肩后，将晶种14与坩锅12端采用同方向转动，冷却生长出一单晶棒18的晶身部分。

也就是说在坩锅12不转动的情况下，先下晶种14进行引晶，当晶种14接触到原料熔汤16表面后，在晶种14与原料熔汤16的固液介面开始生长和晶种14相同晶体结构的单晶时，将晶种14利用晶种杆20以缓慢速度上升，进行提拉放大单晶棒18的晶肩部分。放完晶肩后，晶种杆20带动晶种14与坩锅12端采用同方向转动，慢慢冷却，以在不引起过量气泡下获得均温性良好的原料熔汤，进而生长出一无热应力残留且缺陷较低的单晶棒18的晶身部分。长完晶后，停止旋转，然后将单晶棒18脱离坩锅12约20～60厘米。接续，晶种杆20不旋转，坩锅12旋转让热场温度均匀下降，然后再退温。退火过程中，坩锅12不停止旋转，以保证温度均匀。

现有的凯氏长晶法的晶身部分是全靠着温度变化来生长，因此，极易因为原料熔汤热均温差，产生应力残留。本发明巧妙地于成长单晶棒的晶身部分时，将晶种与坩锅端采用同方向转动，改善既有凯氏长晶法因原料熔汤热均温差所产生的应力残留，及其导致的晶棒碎裂诟病。

再者，既有的凯氏长晶法所制得的单晶棒的A轴呈现倾斜状，易造成颈部产生断裂，此外倾斜的A轴也会导致钻取C轴晶柱过程中，相当多的成本浪费。有鉴于此，本发明的长晶方法更包含有利用一外在的左右移动机构22，将晶种14由原料熔汤16的外周缘向原料熔汤的中心移动，以使单晶棒18的A轴成垂直状。

针对上述的外在的左右移动机构22是在上述长晶方法需求下，在现有的凯氏长晶机台架构增设而成，以带动晶种14在原料熔汤16内由一开始与原料熔汤16接触时的中心偏外侧位置，向原料熔汤16中央缓慢移动，以维持单晶棒18的A轴成垂直状，且避免单晶棒的颈部产生断裂。此外，当单晶棒18的A轴成垂直状时，能于掏棒时获得最大的C轴晶柱体积。

再者，上述的单晶棒18可以是蓝宝石。

综上所述，本发明提出一种崭新的长晶方法及其机台架构，其可制得品质优良的单晶棒，且可维持单晶棒的A轴维持垂直态，以具有较大的C轴晶柱体积，改良现有凯氏长晶法原料熔汤热均温不良所潜藏的热应力残留缺失，以及现有凯氏长晶法因A轴歪斜，所导致的成本浪费。

唯以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。故即凡依本发明申请范围所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims (5)

1.一种长晶方法，其包含有提供一坩锅与一位于该坩锅上方的晶种杆，该坩锅内承载一原料熔汤，该晶种杆底端夹设有一晶种；

其特征在于：

在凯氏长晶法的基础上，于形成一单晶棒的晶肩后，将该晶种杆与该坩锅采用同方向转动，以冷却生长出该单晶棒的晶身部分。

2.如权利要求1所述的长晶方法，其特征在于，该单晶棒为蓝宝石单晶棒。

3.如权利要求1所述的长晶方法，其特征在于，更利用一左右移动机构，将该晶种由该原料熔汤的外周缘向该原料熔汤的中心移动，以使该单晶棒的A轴成垂直状。

4.一种长晶机台机构，其应用于权利要求1所述的长晶方法，其特征在于：

在凯氏长晶机台架构的基础上，更增设有一左右移动机构，以带动该晶种在该原料熔汤内移动，以维持该单晶棒的A轴成垂直状。

5.如权利要求4所述的长晶机台机构，其特征在于，该单晶棒为蓝宝石单晶棒。

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