CN103201415B - 蓝宝石锭生长机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蓝宝石锭生长机。所述蓝宝石锭生长机包括：室；坩埚，设置在室中，用于容纳氧化铝熔体；加热器，设置在坩埚外，用于加热坩埚；以及供热单元，设置在坩埚内生长的锭上方，用于将热量施加到锭。

Description

蓝宝石锭生长机
技术领域
实施方式涉及蓝宝石锭生长机。
背景技术
通常，为了制造蓝宝石晶片，将装满原料高纯度氧化铝(Al2O3)的生长炉加热至或超过2100摄氏度，以便熔化原料；然后通过诸如直拉法(CZ法)、泡生法、导模法或垂直-水平温度梯度冷冻(VHGF)的方法长成单晶的刚玉锭(ingot boule)经受一系列诸如取芯、磨削、切片、研磨、热处理和抛光的过程。
在生产蓝宝石单晶时，气泡控制和位错控制(dislocation control)严重影响质量。
晶体生长后，通过使用蚀刻方式可测量位错。位错由热应力产生，热应力是发生在晶体生长期间的晶体的内部和外部之间的温度差。通过控制热应力可控制位错集中(concentration)。
在根据相关技术的泡生法中，晶体的上部是冷的而晶体的下部是热的，是因为侧部的加热和下部的加热导致上部和下部之间的温度梯度。温度梯度产生热应力，反过来，热应力产生位错。因此，需要额外的设备控制热应力。
发明内容
[技术问题]
各实施方式提供了可控制蓝宝石单晶的位错质量的蓝宝石锭生长机。
[技术方案]
在一个实施方式中，蓝宝石锭生长机包括：室；坩埚，设置在室中，用于容纳氧化铝熔体；加热器，设置在坩埚外，用于加热坩埚；以及供热单元，设置在坩埚内生长的锭上方，用于将热量施加到锭。
[有益效果]
在根据本实施方式的蓝宝石锭生长机中，可将诸如加热器或反射器的供热单元提供在蓝宝石单晶上方，以便通过降低蓝宝石单晶的上部和下部之间的温度变化来降低热应力，从而限制位错的产生。
另外，根据上述实施方式，可通过控制热应力来解决诸如蓝宝石单晶的生长过程中的结构损失的缺陷。此外，可控制由热应力引起的位错集中，以便生长具有高品质的蓝宝石单晶。
附图说明
图1是根据实施方式的蓝宝石锭生长机的示意图。
图2是根据上述实施方式的蓝宝石锭生长机的局部放大示意图。
图3是根据上述实施方式的蓝宝石锭生长机的平面示意图。
图4是根据对比例的晶体的内部和外部之间的温度变化的示意图。
图5和图6是应用根据上述实施方式的蓝宝石锭生长机时的晶体的内部和外部之间的温度变化的示意图。
图7是示出根据对比例的热应力分布的示意图。
图8和图9是应用根据上述实施方式的蓝宝石锭生长机时的热应力分布的示意图。
具体实施方式
在实施方式的描述中，将会理解的是，当晶片、装置、夹头(chuck)、部件、部分、区域或表面被称为在另外的晶片、装置、夹头、部件、部分、区域或表面“上”或者“下”时，术语“上”和“下”包括“直接”和“间接”的含义。进一步地，基于附图将做出关于在每个元件“上”和“下”的参考。为了进一步理解本发明，元件的尺寸和多个元件之间的相对尺寸可被扩大，而每个元件的尺寸并不完全反映实际尺寸。
(实施方式)
图1是根据实施方式的蓝宝石锭生长机100的示意图。图2是根据该实施方式的蓝宝石锭生长机100的局部放大示意图。图3是根据该实施方式的蓝宝石锭生长机100的平面示意图。
可应用于根据该实施方式的蓝宝石锭生长机100的方法包括CZ法或泡生法，但并不限于此。
该实施方式的蓝宝石锭生长机100包括：室110；坩埚120，设置在室110中，用于容纳氧化铝熔体M；加热器130，设置在坩埚120外，用于加热坩埚120；以及供热单元150，设置在坩埚120内生长的锭IG上方，以便将热量施加到锭IG。
室110提供了在其中进行用于生长蓝宝石锭IG的预定过程的空间。
将坩埚120设置在室110中，用于容纳氧化铝熔体M。坩埚120可由钨(W)或钼(Mo)形成，但本发明并不限于此。
加热器130可包括侧面加热器132和下部加热器134，但本发明并不限于此。加热器130可以是电阻加热器或感应加热器，但本发明并不限于此。
例如，当加热器130是电阻加热器时，加热器130可由石墨(C)、钨(W)或钼(Mo)形成，但本发明并不限于此。
当加热器130是感应加热器时，可将射频(RF)线圈(未示出)设置在加热器130处，而坩埚120可以是铱(Ir)坩埚。当将高电压电流的方向改变到RF线圈时，RF线圈在Ir坩埚的表面上产生感应电流。Ir坩埚产生热量，热量是由感应电流的方向变化引起在坩埚的表面上的应力造成的；而且Ir坩埚可具有容纳高温的熔融氧化铝的熔融池的功能。
该实施方式的蓝宝石锭生长机可包括在室110中的辐射隔热材料(radiativeinsulating material)140，使得加热器130的热量不会被释放。隔热材料140可包括设置在坩埚120的侧面的侧隔热材料142和设置在坩埚120的下部的下隔热材料144，但本发明并不限于此。隔热材料140可具有保证加热器130和坩埚120的最佳热分布与能量损失最小化的材料和形状。
一般来说，当单晶在具有高温的蓝宝石熔体中生长时，在锭中发生温度变化，并产生热应力。
根据该实施方式，将诸如上加热器或反射器供热单元150设置在蓝宝石锭IG上，以便降低温度变化并控制热应力。
当供热单元150是上加热器时，该上加热器的尺寸可与锭的尺寸成比例增加，上加热器的最大直径可等于锭的直径，但并不限于此。
上加热器可由钨或石墨形成，但本发明并不限于此。
上加热器可以是电阻加热器，当从电极152施加电时，热量产生可发生在上加热器本身处。
当供热单元150包括从锭IG向上反射由室110所产生的热量的反射器时，该反射器可由例如钼的高反射性材料形成，但本发明并不限于此。
可将供热单元150以与氧化铝熔体M的表面水平或以相对于氧化铝熔体M的表面呈约-30度～约+30度的角度放置，使得将热量有效率地供给锭。
图4是根据对比例的晶体的内部和外部之间的温度变化的示意图，而图5和图6是应用根据上述实施方式的蓝宝石锭生长机时的晶体的内部和外部之间的温度变化的示意图。
例如，图5示出了安装有反射器时晶体的内部和外部之间的温度变化；而图6示出了安装有上加热器并施加约5KW的功率时，晶体的内部和外部之间的温度变化。
根据上述实施方式，当安装有反射器和上加热器时，看到的是，ΔTy的轴向温度梯度和ΔTx的水平方向温度梯度降低。
图7是根据对比例的热应力分布的示意图，而图8和图9是根据实施方式应用蓝宝石锭生长机时的热应力分布的示意图。
例如，图8示出了安装有反射器时的热应力，而图9示出了安装有上加热器时的热应力。
如图8和图9所示，由使用供热单元150引起的温度梯度下降导致了热应力差。确定的是，当与图7的对比例的热应力值相比时，图8和图9所描述的条件下的热应力值下降，从而可控制位错集中。
在根据本实施方式的蓝宝石锭生长机中，可将诸如加热器或反射器的供热单元提供在蓝宝石单晶上方，以通过降低蓝宝石单晶的上部和下部之间的温度变化来降低热应力，从而限制位错的产生。
另外，根据该实施方式，可通过控制热应力来解决诸如蓝宝石单晶的生长过程中的结构损失的缺陷。此外，可控制由热应力引起的位错集中，以生长具有高品质的蓝宝石单晶。
虽然已经结合大量示例性实施方式来描述各实施方式，应该理解的是：本领域技术人员可以设计出许多其它的修改和实施方式，这将落入本发明的精神和范围内。更具体地说，在本说明书、附图和所附权利要求的范围内，主题组合的布置的组成部分和/或布置中的各种变化和修改是可能的。除了组成部件和/或布置中的变化和修改之外，可替代的用途对于本领域的技术人员来说也将是显而易见的。
优选的实施方式应以说明性方式考虑，而不是为了限制性的目的。因此，本发明的范围不是由本发明的详细说明限定，而是由所附的权利要求限定，而且在本范围内的所有差异将被解释为包括在本发明中。
[工业实用性]
虽然CZ法或泡生法可应用于根据实施方式的蓝宝石锭生长机，但是本发明并不限于此。

Claims (5)

1.蓝宝石锭生长机，包括：
室；
坩埚，设置在所述室中，用于容纳氧化铝熔体；
加热器，设置在所述坩埚外，用于加热所述坩埚；以及
电阻加热器，配置成具有向上倾斜的底部表面以覆盖所述坩埚内生长的锭的向下倾斜的顶部表面，并且提供功率用于将热量施加到所述锭，
其中，所述电阻加热器的所述向上倾斜的底部表面和所述锭外部的所述锭的所述向下倾斜的顶部表面之间的第一距离大于所述电阻加热器的所述向上倾斜的底部表面和所述锭内部的所述锭的所述向下倾斜的顶部表面之间的第二距离。
2.根据权利要求1所述的蓝宝石锭生长机，其中，所述电阻加热器水平地设置在氧化铝熔体的表面上。
3.根据权利要求1所述的蓝宝石锭生长机，其中，所述电阻加热器以相对于所述氧化铝熔体的表面呈-30度～+30度的角度放置。
4.根据权利要求1所述的蓝宝石锭生长机，其中，所述电阻加热器包括产生热量的上加热器。
5.根据权利要求4所述的蓝宝石锭生长机，其中，所述上加热器包括上部电阻加热器。
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