CN103469295A

CN103469295A - 一种具有三加热器的蓝宝石晶体生长炉

Info

Publication number: CN103469295A
Application number: CN2013103403423A
Authority: CN
Inventors: 朱亮; 张俊; 曹建伟; 王巍; 沈兴潮
Original assignee: Zhejiang Jingsheng Mechanical and Electrical Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Jingsheng Mechanical and Electrical Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-08-06
Also published as: CN103469295B

Abstract

本发明涉及晶体生长炉领域，旨在提供一种具有三加热器的蓝宝石晶体生长炉。该蓝宝石晶体生长炉包括采用钨丝编织而成的网状加热器，加热器设有三个，分别为上部加热器、中部加热器和下部加热器，上部加热器和中部加热器分别安装在蓝宝石晶体生长炉的炉筒上部和中部的电极上，下部加热器安装在蓝宝石晶体生长炉的炉底板电极上。本发明在拉制蓝宝石晶体的过程中，可以针对不同的长晶阶段对热场温度梯度的不同需求，通过对三个加热器的功率进行配比，使引晶和长晶过程都得到最优化的温度环境，另外，对于提高晶体生长品质，缩短生产周期，提高成品率，降低能耗都具有显著的效果。

Description

一种具有三加热器的蓝宝石晶体生长炉

技术领域

本发明是关于晶体生长炉领域，特别涉及一种具有三加热器的蓝宝石晶体生长炉。

背景技术

蓝宝石晶体是用于广泛制作运用于光电产业的LED的基本原料，然而蓝宝石炉晶体的拉制需要在一种蓝宝石炉内，将温度升至2050°以上，再通过引晶、放肩、等径、收尾一系列的操作来完成。得到大尺寸、高品质的蓝宝石晶体需要有一个适合于蓝宝石晶体生长的温度环境，这样就对蓝宝石炉的热场结构有着非常高的要求。

一般蓝宝石炉通过单个电源柜使用铜排软连接与铜电极对里面的钨加热器进行加热，从而形成高温的环境。由于通常的钨加热器是采用鸟笼的结构形式，使用鸟笼式的加热器，随着热场的老化和变形，其温度分布持续变化，难以调节，因次需要针对每个热场的变形情况对热场结构和长晶工艺进行修正，影响了晶体生长的一致性和工艺稳定性，并且需要具有熟练掌握热场和工艺调整的工程师，人力成本和管理成本很高。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可使蓝宝石晶体结晶凝固得到有效控制的蓝宝石晶体生长炉。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种具有三加热器的蓝宝石晶体生长炉，包括加热器，所述加热器为采用钨丝编织而成的网状加热器，加热器设有三个，分别为上部加热器、中部加热器和下部加热器，上部加热器和中部加热器分别安装在蓝宝石晶体生长炉的炉筒上部和中部的电极上，下部加热器安装在蓝宝石晶体生长炉的炉底板电极上。

作为进一步的改进，所述上部加热器、中部加热器和下部加热器分别竖直安装在对应电极上。

作为进一步的改进，所述上部加热器、中部加热器和下部加热器分别通过电极、水冷电缆与电源柜连接。

作为进一步的改进，所述电源柜分别设有能单独调节三个加热器加热功率的独立电源控制系统。

作为进一步的改进，所述加热器设置在蓝宝石晶体生长炉的坩埚与保温屏之间。

提供基于所述的蓝宝石晶体生长炉的控制方法，利用所述蓝宝石晶体生长炉中的加热器对炉内进行加温时，上部加热器、中部加热器和下部加热器的功率符合K1: K2: K3，其中K1为上部加热器的功率， K2为中部加热器的功率，K3为下部加热器的功率，且满足公式K1=aP、K2=bP、K3=cP和a+b+c=100%，其中a、b、c为比例系数，a的取值范围为30%～40%，b的取值范围为30%～40%，c的取值范围为30%～40%，P为三个加热器上的总功率，P的取值范围为0～85千瓦。

作为进一步的改进，所述上部加热器、中部加热器和下部加热器上产生的热量分别满足公式Q=dU²，其中d为比例系数，d的取值范围为130～230，Q为上部加热器、中部加热器或者下部加热器上产生的热量，U为上部加热器、中部加热器或者下部加热器上的电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在拉制蓝宝石晶体的过程中，可以针对不同的长晶阶段对热场温度梯度的不同需求，通过对三个加热器的功率进行配比，使引晶和长晶过程都得到最优化的温度环境，另外，对于提高晶体生长品质，缩短生产周期，提高成品率，降低能耗都具有显著的效果。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图中的附图标记为：1上部加热器；2中部加热器；3下部加热器；4炉筒；5电极；6炉底板。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

图1中的一种具有三加热器的蓝宝石晶体生长炉包括加热器，加热器设有三个，分别为上部加热器1、中部加热器2和下部加热器3。上部加热器1和中部加热器2分别竖直安装在蓝宝石晶体生长炉的炉筒4上部和中部的电极5上，下部加热器3竖直安装在蓝宝石晶体生长炉的炉底板6电极5上，且下部加热器3可以跟随炉底板6进行升降，这样有利于坩埚的安装拆卸，而三个加热器的设计，使径向和轴向都有了安装的空间，与原来的鸟笼式加热器相比较，其更有利于后期更大装料量的炉型的设计。

加热器采用钨丝编织成网状制作而成，与鸟笼式加热器比较，增大了加热面积，加热器在加热过程中更加不容易变形，这样加热效果更好，使用寿命长。加热器设置在蓝宝石晶体生长炉的坩埚与保温屏之间，并分别通过电极5、水冷电缆与电源柜连接，水冷电缆的采用，对大电流的输送更加安全可靠，抗折弯能力强，使用寿命长。所述电源柜为每个加热器提供独立的电源控制系统，可以单独调节三个加热器的加热功率，从而更加容易达到不同的长晶阶段对热场温度梯度的不同需求。

利用所述蓝宝石晶体生长炉中的加热器对炉内进行加温时，上部加热器1、中部加热器2和下部加热器3的功率符合K1: K2: K3，其中K1为上部加热器1的功率， K2为中部加热器2的功率，K3为下部加热器3的功率，且满足公式K1=aP、K2=bP、K3=cP和a+b+c=100%，其中a、b、c为比例系数，a的取值范围为30%～40%，b的取值范围为30%～40%，c的取值范围为30%～40%，P为三个加热器上的总功率，P的取值范围为0～85千瓦。当在熔料状态时，K1、K2的值差不多，而K3相对高一点，使整个热场温度底部更加热一点，促进原料的熔化；在引晶过程中，K1应该不断下调，使上部的温度逐渐降低，直至冷心的出现；在长晶过程中，K1、K2的值应该慢慢下调，使晶体稳定地结晶生长。由于上部加热器1、中部加热器2和下部加热器3上产生的热量分别满足公式Q=dU²，其中d为比例系数，d的取值范围为130～230，Q为上部加热器1、中部加热器2或者下部加热器3上产生的热量，U为上部加热器1、中部加热器2或者下部加热器3上的电压。在拉晶过程的化料、引晶、长晶、退火等阶段中，三个加热器的电阻和时间在不同阶段中保持相同，故而为了使其功率匹配K1: K2: K3的比例关系，需要在整个过程中不断地调节电压U的变化，通过CGSim晶体生长建模软件以及实际的试验所得，得出在不同阶段过程中，电压U的变化曲线，从而使晶体在各个环境中都保持一个快速、稳定的增长趋势，提高其生产效率与晶体质量，降低能耗。

在安装时，首先将上部加热器1、中部加热器2和下部加热器3按照上、中、下的位置装到蓝宝石晶体生长炉里，其中上部加热器1和中部加热器2安装到炉筒4上，而下部加热器3安装在炉底板6上，然后将三个加热器都通过电极5与外部的水冷电缆进行连接，再把水冷电缆通上水，最后与电源柜进行连接。

在使用时，分别调节上、中、下三个加热器的加热功率，来满足不同长晶阶段的晶体对热场温度梯度的不同需求，使得引晶和长晶过程都得到最优化的温度环境。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有三加热器的蓝宝石晶体生长炉，包括加热器，其特征在于，所述加热器为采用钨丝编织而成的网状加热器，加热器设有三个，分别为上部加热器、中部加热器和下部加热器，上部加热器和中部加热器分别安装在蓝宝石晶体生长炉的炉筒上部和中部的电极上，下部加热器安装在蓝宝石晶体生长炉的炉底板电极上。

2.根据权利要求1所述的蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述上部加热器、中部加热器和下部加热器分别竖直安装在对应电极上。

3.根据权利要求1所述的蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述上部加热器、中部加热器和下部加热器分别通过电极、水冷电缆与电源柜连接。

4.根据权利要求3所述的蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述电源柜分别设有能单独调节三个加热器加热功率的独立电源控制系统。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述加热器设置在蓝宝石晶体生长炉的坩埚与保温屏之间。

6.基于权利要求1所述的蓝宝石晶体生长炉的控制方法，其特征在于，利用所述蓝宝石晶体生长炉中的加热器对炉内进行加温时，上部加热器、中部加热器和下部加热器的功率符合K1: K2: K3，其中K1为上部加热器的功率， K2为中部加热器的功率，K3为下部加热器的功率，且满足公式K1=aP、K2=bP、K3=cP和a+b+c=100%，其中a、b、c为比例系数，a的取值范围为30%～40%，b的取值范围为30%～40%，c的取值范围为30%～40%，P为三个加热器上的总功率，P的取值范围为0～85千瓦。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述上部加热器、中部加热器和下部加热器上产生的热量分别满足公式Q=dU²，其中d为比例系数，d的取值范围为130～230，Q为上部加热器、中部加热器或者下部加热器上产生的热量，U为上部加热器、中部加热器或者下部加热器上的电压。