CN103710741A - 单晶长晶装置及长晶方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种单晶长晶装置及长晶方法，对坩埚内部温度梯度更加准确、主动地控制，通过强化真空腔的结构、防止其长期使用时发生变形，最大限度地降低单晶成长时的长度方向上的残留应力、防止出现裂缝或破裂，增大单晶成长直径。为了达到上述目的，本发明的单晶长晶装置包括可上下移动地设置在腔体10内部的坩埚30，设置在坩埚30侧部的侧部加热器22，设置在坩埚30下部的下部加热器24，贯穿腔体10和下部加热器24到达坩埚30、可上下移动地设置的冷却棒40，驱动冷却棒40的驱动单元50，对侧部加热器22和下部加热器24各自加热条件、冷却棒40的上下运动条件分别进行控制的配电设备。

Description

单晶长晶装置及长晶方法

技术领域

本发明涉及单晶长晶装置及长晶方法，尤其涉及稳定控制坩埚内部温度梯度，利用热交换法培养蓝宝石单晶成长时，让其长度方向上的残留应力最小化，防止出现裂缝或破裂，让单晶成长得更大，并提高单晶长度方向上的成长速度的单晶长晶装置及长晶方法。

背景技术

随着电子技术的日新月异，显示器领域对光学、物理性能优秀的蓝宝石单晶的需求急剧增长。以氧化铝单晶为主成分的蓝宝石单晶，其透光性和散热性优秀，是对这两项指标要求很高的背投电视或LCD模块基板的核心素材，还作为蓝色LED基板应用广泛。但蓝宝石在晶体结构上具有异相性，在长晶时容易发生裂纹，存在一些技术难关。为了得到大小和质量满足要求的蓝宝石单晶，业界对各种长晶方法进行不断研究。

现有的长晶方法有焰熔法(Verneuil Method)，布里奇曼法(Bridgman)，定边膜喂法(EFG；Edge-Defined Film-Feed Growth)，乔克拉尔斯基法(Czochralski Method)，热交换法(HEM，Heat ExchangeMethod)。

焰熔法让氧化铝粉末经过氧气-氢气火焰，使之熔化，把溶液滴到籽晶(Seed)上，并让结晶旋转下降，获得结晶。这一方法可以让结晶容易成长，其成本也很低廉，但结晶成长过程中所受热冲击非常高，容易发生裂纹，从质量和大小方面只适合于手表玻璃和装饰用途，很难他用。

乔克拉尔斯基法(Czochralski Method)具有可以自由调节直径，长度长，生产效率高等优点，但对于蓝宝石单晶等脆弱的材料来说，长晶过程中的高温度梯度、结晶旋转上升时拉单晶机产生的震动、芯部的应力集中，直接限制单晶的直径，其成长轴方向被限制。

定边膜喂法(EFG；Edge-Defined Film-Feed Growth)与乔克拉尔斯基法类似，虽然可以有效地按所愿形状长晶，但结晶的表面存在很多缺陷，结晶生产效率不高。而从原理层面，降低缺陷对于该工艺来说几乎不可能。

热交换法(HEM，Heat Exchange Method)在温度均匀的高温部下端部分、设置热交换器、精密控制温度。因此，在长晶的过程中温度梯度非常稳定，而且没必要为了固化、移动结晶本身。

因此，与其他制造方法相比，热交换法是在直径和质量方面可以获得最好效果的长晶方式。

图1是适用热交换法的蓝宝石单晶长晶装置概略示意图。如图1所示，适用热交换法的蓝宝石单晶长晶装置100包括单晶长晶炉110及设置在其下方的热交换器120。

这里，单晶长晶炉110包括具有可开闭的门的真空腔111，位于真空腔111内侧、底面放有籽晶(seed)130的坩埚，位于真空腔111内侧、用于安装坩埚112的绝缘材料护板113，结合在真空腔111下部、与护板113结合、上端与籽晶130相接、冷却籽晶130的冷却棒114及设置在坩埚112周围的加热器115。

在冷却棒114的内侧，形成有可引入及排出氦气(He)及冷却水的管路。

为了单晶长晶炉110的隔热，还可以在真空腔111的内侧设置石墨毡(graphite felt，图略)等，还可以设置真空泵、使之与真空腔111结合、为真空腔形成真空氛围。这里，也可以根据需要与真空腔111内侧连通地设置气体注入阀，注入非活性气体氩(Ar)、氮(N2)等，形成非活性气体氛围。

另外，所述热交换器120可以包括向冷却棒114内侧引入排出氦气(He)及冷却水、按一定温度控制冷却棒114温度的热交换回路。

这种长晶装置可以控制加热器115的发热温度以及通过向冷却棒114内侧引入及排出氦气He及冷却水、控制冷却棒114和与之相接的籽晶130冷却温度，形成一定的温度梯度。即，蓝宝石单晶由位于坩埚112内部的熔融蓝宝石原料通过反复收缩和膨胀成长，而成长的蓝宝石单晶在C轴(长度方向上的轴)的平行及垂直方向上发生热应力(Thermal stress)。

从而蓝宝石单晶成长越大，其固液界面(solid-liquid interface)的距离越远，不容易控制温度梯度，容易发生由热应力引发的裂缝(crack)或破裂，蓝宝石成长大小存在限制。

另外，只通过加热器115和籽晶130形成蓝宝石熔融液的温度梯度，单晶越向上成长、固液界面越远离籽晶，很难控制单晶长度的平行及垂直方向上的温度梯度，致使容易发生裂缝及破裂，还会降低单晶的成长速度。

现有技术中，通过加热器115加热坩埚112的同时，利用护板113控制坩埚112的温度梯度的方式，在温度梯度控制方面存在局限性，致使单晶成长过程中容易发生裂缝或破裂。而且，随着反复进行蓝宝石单晶成长流程，与单晶长晶炉110的高温环境相随的热迟滞(Thermal Hysteresis)现象导致真空腔111的变形，而这种变形引发无法按一定温度维持长晶炉110内部温度的问题，为了提供蓝宝石单晶成长所需最佳温度、每一循环做不同的控制，很难维持产品的质量稳定性。

发明内容

本发明是鉴于如上所述现有技术的问题而提出的，其目的在于提供一种单晶长晶装置及长晶方法，对坩埚内部温度梯度更加准确、主动地控制，通过强化真空腔的结构、防止其长期使用时发生变形，最大限度地降低单晶成长时的长度方向上的残留应力、防止出现裂缝或破裂，增大单晶成长直径。

本发明的另一目的在于对坩埚内部温度梯度稳定地进行控制并让坩埚具有最佳形状，以此让单晶成长时的热应力最小化、提高长度方向上的成长速度，通过固液界面的平坦化提高单晶收率。

本发明的另一目的在于通过加强单晶长晶炉的下部护板的结构，防止由与生产流程的长期反复相随的热迟滞引起的长晶炉变形，提高蓝宝石单晶的质量，并提高其质量稳定性。

为了达到如上所述的目的，本发明的单晶长晶装置，其特征在于：包括真空或非活性氛围腔体；位于腔体内部，为了培养籽晶成长可按上下移动地设置的坩埚；相对于坩埚侧面整个周围、固定地设置的侧部加热器；相对于坩埚下部、固定地设置的下部加热器；依次贯穿腔体和下部加热器到达坩埚，可上下移动地设置的冷却棒。

所述腔体包括上部护板，下部护板及一体地结合在上部护板和下部护板之间的圆筒状侧部护板；内部装放有坩埚，侧部加热器及下部加热器；所述下部护板具有从下面向外一体地突出形成，可防止由高温热迟滞引发的变形的形状维持用支撑条。

本发明单晶长晶装置还包括驱动冷却棒，让坩埚按上下方向做往返运动的驱动单元；对侧部加热器和下部加热器各自的加热条件，被驱动单元上下移动的冷却棒上下方向运动条件进行控制的配件设备。

所述冷却棒在内部具有可让热交换媒介循环的通路，向腔体下部突出地设置；所述坩埚的中央部位形成有用于装放所述冷却棒的上部，向下突出、具有结合凹槽的结合部。

所述坩埚的底面与内侧壁面形成钝角。所述坩埚的下面与结合部相接的内侧部分形成曲面。

本发明单晶长晶方法，以单晶长晶炉及结合在其下部的热交换器，通过热交换法培养蓝宝石单晶成长，其特征在于：包括在位于单晶长晶炉内的腔体内，通过下部护板把坩埚的结合部结合在冷却棒的上部，把籽晶安放在坩埚下面后，把蓝宝石原料投放到坩埚内部的准备阶段；让设置在腔体内坩埚侧部整个周围的侧部加热器与设置在坩埚下部的下部加热器进行加热，熔融蓝宝石原料的同时，通过冷却棒与熔融的蓝宝石原料进行热交换，并让坩埚与冷却棒上下往返运动，以熔融的蓝宝石原料培养蓝宝石单晶成长的长晶阶段。

所述长晶阶段包括在单晶长晶过程中进行的对侧部加热器和下部加热器的个别加热条件进行控制的阶段及对以驱动单元让冷却棒上下运动的运动条件进行控制的阶段。

本发明的有益效果是在培养蓝宝石单晶成长时可让长度方向上的残留应力最小化，通过此可防止单晶发生裂缝或破裂，可得到直径更大的单晶。因为本发明在长晶炉内部以侧部加热器和下部加热器同时向坩埚提供热源，同时让冷却棒与坩埚上下移动，可以更稳定地控制坩埚内部的温度梯度。

另外，本发明通过加强腔体的结构，可以防止由长期反复进行蓝宝石长晶生产流程带来的与高温环境相随的热迟滞引发腔体的变形，可以最大限度地降低坩埚内部温度梯度变化，可以进一步提高单晶长晶速度。

与现有技术的以绝缘护板通过绝缘方式对温度进行被动控制的情况相比，本发明利用侧部加热器和另一向坩埚提供热源的下部加热器，对温度条件可以更加定量、主动地控制，而且利用配电设备对侧部加热器和下部加热器分别进行超精密控制，可以得到质量更好的产品。

本发明通过坩埚形状的最佳化，最大限度地减小单晶成长时的热应力，可以提高长晶速度的同时形成稳定、平坦化的固液界面，不仅可以提供优秀质量的蓝宝石单晶，还可以通过固液界面的平坦化，大大提高单晶的收率。

附图说明

图1为适用普通热交换法的蓝宝石单晶长晶装置概略示意图。

图2为图1的坩埚详细示意图。

图3为本发明实施例的单晶长晶装置主要结构示意图。

图4为图3的单晶长晶炉结构状态剖面示意图。

图5为图4的下部护板正面示意图及下面示意图。

图6为图4的坩埚冷却棒分解示意图。

图7为现有技术的蓝宝石单晶长晶时的温度分布示意图。

图8为本发明蓝宝石单晶长晶时的温度分布示意图。

*符号说明*

1：单晶长晶炉     3：主框架

5：电源设备       7：配电设备

10：腔体          12：上部护板

14：下部护板      14a：支撑条

14b：贯穿孔       16：侧部护板

20：加热器        22：侧部加热器

24：下部加热器    24a：装放孔

30：坩埚          32：底面

34：结合部        34a：结合凹槽

36：内侧壁面      38：曲面

40：冷却棒        42：主体部

44：头部

具体实施方式

在此，参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。

如图3所示，本发明实施例的单晶长晶装置包括培养蓝宝石单晶成长的单晶长晶炉1；安装单晶长晶炉1，具有为单晶的成长提供必要热交换功能的热交换器等的主框架3；为单晶长晶路1提供电源，使之为单晶的成长形成适当的高温氛围的电源设备5；具有控制面板和显示器的配电设备7。上述控制面板分别适当控制上述主框架3和电源设备5的动作、让单晶长晶路1内部温度梯度处于适合于单晶成长条件的状态，上述显示器把目前的进行状况等各种信息向外显示。

位于所述主框架3的热交换器是适用普通热交换法的单晶长晶装置的热交换器。该热交换器可以在设置于单晶长晶炉1的冷却棒(图4所示)内部，形成可让氦气(He)或冷却水等热交换媒体流入及流出、进行循环的热交换回路，也可以单独使用深冷器(Chiller)等其他冷却装置，进一步提高冷媒的冷却效果，并让温度调节更加容易，增加所生产的蓝宝石晶锭长度。

如图4所示，所述单晶长晶炉1包括腔体10，加热器20，坩埚30，冷却棒40及驱动单元50。

所述腔体10包括上部护板12、下部护板14、与上部护板12及下部护板14一体地结合的圆筒状侧部护板16，把加热器20和坩埚30装放在内部。该腔体10具有可开闭的门(图略)，还具有注入氩气(Ar)或氮气(N2)等非活性气体的注入管、阀门及泵等相关设备(图略)，可在内部空间形成真空氛围或非活性氛围。该腔体10在内部设有隔热部件(图略)，形成与外部的热绝缘状态。

如图5所示，在下部护板14的下面，向外一体地突出形成有形状维持用支撑条14a，防止由高温热迟滞(Thermal Hysteresis)引发部件的变形。该形状维持用支撑条14a是一种防变形突起。即，该支撑条14a抑制与反复进行蓝宝石单晶长晶生产流程的过程相伴的长晶炉的变形。由于防止长晶炉的变形，因此可以让腔体10内部温度分布特性维持原状，可让所生产的单晶质量稳定。在下部护板14的中央部位，形成有设置冷却棒40所需贯穿孔14b。

所述形状维持用支撑条14a的数量至少是一个，形成在下部护板14下面的相向部位。该形状维持用支撑条14a以条形形状长长地形成在下部护板14的下面。该形状维持用支撑条14a以与下部护板14外周面切线方向平行的方向延伸形成。该形状维持用支撑条14a的自由端部分别与相邻的其他形状维持用支撑条14a自由端部相隔开。即，该形状维持用支撑条14a的数量为至少一个以上，以与外周面切线方向平行的方向，以条形形状长长地延伸，各自的自由端部与相邻另一支撑条的自由端部相隔一定间距。

如图4所示，所述加热器20按配电设备7的控制从电源设备5接通电源，对坩埚30进行加热。该加热器20设置在坩埚30周围。本发明的实施例中，加热器20由位于腔体10内、以固定方式设置在坩埚30侧部整个周围的侧部加热器22，位于腔体10内、以固定方式设置在坩埚30下部的下部加热器24构成。

这一情况下，侧部加热器22和下部加热器24的温度调节可以由配电设备7分别独立地进行。由于侧部加热器22和下部加热器24被配电设备7分别独立地控制，可以为单晶成长过程提供高精密温度控制，可大幅提高单晶成长速度。

与通过起绝缘体作用的护板、被动地对设置在坩埚30下部的下部加热器24进行温度调节的现有技术相比，本发明通过配电设备7主动地进行温度调节，可以提供更好的蓝宝石单晶环境。即，与现有技术相比，本发明对单晶成长过程中的坩埚温度调节更加准确，而这种功能对单晶的成长速度的增加贡献很大。

如图6所示，坩埚30用钼、钨、铱等材料制作，设置在腔体10内，具有底部密闭结构，可在内部装放单晶原料——蓝宝石颗粒。该坩埚30在底面32中央部位向下突出地形成可插入到下部加热器24的结合部34。

在该结合部34的内侧，形成有可放入冷却棒40的结合凹槽34a。在与该结合凹槽34a相向的坩埚30底面32上，防止籽晶A。冷却棒40通过结合凹槽34a插入到坩埚30的结合部34，隔着底面32，与籽晶A的底面部位结合。

这里，结合部34的外径远小于形成在下部加热器24中央部位的装放孔24a的直径，坩埚30在冷却棒40的驱动作用下按上下方向移动时、结合部34与装放孔24a不会发生任何冲突，并可以最大限度地减少由下部加热器24传达到冷却棒40的热量。

而坩埚30的底面32与内侧壁面36之间形成钝角为宜，其角度范围为90°～135°，更好是90°～120°，最好是95°～115°。即，如果假设坩埚30的内侧壁面36为垂直状态，则底面32相对于水平面a向下倾斜，其倾斜角(θ)为0°～45°，更好是0°～30°，最好是5°～25°。

以这种结构让底面32与内侧壁面36之间形成钝角时，坩埚30具有最佳形状，可最大限度地减小蓝宝石单晶成长时残留于底面32与内侧壁面36相接部位的热应力，可以防止单晶外部轮廓领域发生裂缝或破裂。

由于可以防止蓝宝石单晶外部轮廓领域的裂缝或破裂，可以增加蓝宝石单晶的大小。具体地，培养6英寸～12英寸大尺寸蓝宝石单晶时，也最大限度地降低因单晶残留应力，防止出现裂缝或破裂，与现有技术相比，可大大提高产品收率。

另外，在底面32与结合部34相接的内侧部分，形成有具弯曲形状的曲面38。该曲面38的曲率半径为5mm至50mm为宜。即，蓝宝石单晶成长时，如坩埚30内部的温度梯度(温度分布)过大，则热应力也会很大，从而发生转位(Dislocation)。因此通过降低最初从与籽晶A相邻的领域成长的单晶热应力，可以提高蓝宝石单晶的质量。

从而，本发明通过在底面32与结合部34相接的内侧部位形成曲面38，让坩埚具有最佳形状，可以获得最小的温度梯度，最大限度地降低热应力，可以生产高质量单晶。

如图4、图6所示，所述冷却棒40用钨等材料制造。在该冷却棒40的内部形成有可让从热交换器流入及流出的氦气或冷却水等冷媒循环的通路，并向腔体10下部突出。

所述冷却棒40可分为主体部42和头部44。该主体部42的外径远小于形成在下部加热器24的装放孔24a的直径。从而，冷却棒40被驱动单元50驱动、进行上下移动时，不会与下部加热器24的装放孔24a发生任何冲突，可以最大限度地降低由下部加热器24传达到冷却棒40的热量。

另外，所述头部44插入在坩埚30的结合凹槽34a。为此，头部44的直径稍微小于主体部42的直径。即，设置坩埚30时，冷却棒40的头部44插入到结合凹槽34a，安装坩埚30的底面32后，在蓝宝石单晶成长时，由于加热器20的加热，结合部34与头部44一体地结合。通过此，冷却棒40上下往返运动时，坩埚30也与之一起联动，按上下方向进行往返运动。

所述驱动单元50可以是步进电机(Stepping Motor)或DC(直流)电机等各种驱动装置。该驱动单元50结合在冷却棒40的主体部42，在配电设备7的控制下，让冷却棒40按上下方向进行往返运动。这里，对冷却棒40事先设定某一基准位置时，向上在110mm范围内驱动为宜。冷却棒40上下方向上的运动周期可根据与坩埚30内的熔融液M的凝固程度相关的蓝宝石单晶固液界面S适当调节。

如上所述，冷却棒40在驱动单元50的作用下，在设定的驱动范围内，按一定周期进行上下运动，让坩埚30内部的蓝宝石原料熔融液M按垂直方向流动，可提高单晶的成长速度。另外，由于坩埚30按上下方向运动，可以更加容易地控制垂直方向上的温度梯度，可生产出质量更加稳定的蓝宝石单晶。

总之，通过加热器20的加热以及对籽晶A的冷却控制、坩埚30与冷却棒40的上下运动，可以对坩埚30内的蓝宝石单晶熔融液M温度梯度更加准确、主动地进行控制，与现有技术中只依靠加热器20和对籽晶A的冷却对温度梯度进行控制的情况相比，可以得到质量更稳定的产品，并让单晶成长速度更快、可以显著提高生产效率。

本发明对环抱坩埚30周围的侧部加热器22和位于坩埚30下部的下部加热器24分别进行温度控制，并通过驱动单元50让坩埚30与冷却棒40上下移动，让坩埚30内的温度梯度更小，进行更加稳定的温度控制，通过此让发生在蓝宝石单晶水平方向上的残留应力最小化，防止其发生裂缝或破裂，可以大幅提高单晶的生产直径。

本发明不仅对加热器20进行温度控制，还通过一体地形成在下部护板14的形状维持用支撑条14a，加强腔体10的结构、防止其发生变形，防止由于反复进行生产工序、高温(约2040℃)下的热迟滞引发的长晶炉弯曲等变形，通过此可以提高蓝宝石单晶质量以及质量稳定性。

即，长期反复生产时所述腔体10由于高温热迟滞现象会出现变形，因此不能按一定值维持内部温度。结果，蓝宝石成长所需的最佳温度控制数据在每回生产周期都会有所不同，导致出现裂缝或破裂等问题，给质量带来恶劣影响。本发明通过一体地形成在下部护板14的支撑条14a，加强结构，解决了这一问题。

下面，对利用本发明实施例的单晶长晶装置，培养单晶成长的长晶方法进行说明。

图4为图3的单晶长晶炉结构状态剖面示意图。图6为图4的坩埚冷却棒分解示意图。如图所示，在单晶长晶炉1内的腔体10内，分别设置加热器20和坩埚30。从腔体10的下部，让冷却棒40依次贯穿腔体10的下部护板14和下部加热器24，结合在坩埚30下部。这里，假设事先设置好流入、流出冷却棒40内部的氦气或冷却水压力，加热器20的发热温度，驱动单元50的上下方向上的驱动范围及周期等。

首先，让从坩埚30底面32向下突出的结合部34结合凹槽34a与冷却棒40的头部44结合。在坩埚30的底面32、安放籽晶A，让籽晶A隔着底面32与头部44的上端部结合。之后在坩埚30内部作为蓝宝石原料装放蓝宝石碎屑。

接下来，关闭腔体10的开闭门，向内部注入氩气，形成非活性氛围。之后，在配电设备7的控制下，让加热器20加热，让坩埚30内的蓝宝石碎屑熔化。这时通过与冷却棒40相结合的籽晶A，熔融状态的蓝宝石碎屑会成长为单晶。

这时，在驱动单元50的作用下，冷却棒40按已设定的周期，以上下方向进行往返运动。随之坩埚30也与之联动，按上下方向进行往返运动，使熔融状态的蓝宝石碎屑也按垂直方向流动。在这一过程中，可以通过控制加热器20的发热量，在坩埚30内部形成让蓝宝石碎屑熔化的一定温度梯度。

从而，在加热器20的发热作用，冷却棒40对籽晶A的冷却作用、通过冷却棒40与坩埚30往返运动进行的稳定温度梯度控制作用下，熔融的蓝宝石单晶在热应力最小的状态下按长度方向成长。

总之，完全成长的蓝宝石单晶由于残留应力大幅减小，很少会发生裂缝或破裂，其质量稳定性大幅提高，特别是可以成长到6英寸～12英寸大尺寸状态。另外，通过对坩埚30内部的温度梯度稳定地进行控制，可以大幅提高蓝宝石单晶长度方向上的成长速度。与此同时，让与之一起成长的单晶固液界面S更加平坦化，可以大幅提高晶钉的收率。

图7和图8的左侧图为蓝宝石单晶的横剖面示意图，右侧图相当于蓝宝石单晶顶面示意图。如图所示，图8的温度分布与图7相比更加均匀，可以看出与现有技术相比，本发明中热传导引发的固液界面在坩埚内部形成得更加均匀。

上面，参照附图对本发明的最佳实施例进行了详细说明。但本发明不受限于上面的实施例，对于具有本行业所述基本知识的人员来讲，可以在本发明的权利要求范围内进行很多修改或变更。

Claims (14)

1.一种单晶长晶装置，其特征在于：包括真空或非活性氛围腔体10；位于腔体10内部，为了培养籽晶A成长可按上下移动地设置的坩埚30；相对于坩埚30侧面整个周围、固定地设置的侧部加热器22；相对于坩埚30下部、固定地设置的下部加热器24；依次贯穿腔体10和下部加热器24到达坩埚30，可上下移动地设置的冷却棒40。

2.根据权利要求1所述的单晶长晶装置，其特征在于：

所述腔体10包括上部护板12，下部护板14及一体地结合在上部护板12和下部护板之间的圆筒状侧部护板16，内部装放有坩埚，侧部加热器22及下部加热器24；所述下部护板14具有从下面向外一体地突出形成，可防止由高温热迟滞引发的变形的形状维持用支撑条14a。

3.根据权利要求2所述的单晶长晶装置，其特征在于：

所述形状维持用支撑条14a的数量至少是一个以上，位于下部护板14下面的相向的部位。

4.根据权利要求3所述的单晶长晶装置，其特征在于：

所述形状维持用支撑条14a以长条形状长长地形成在下部护板14的下面。

5.根据权利要求3所述的单晶长晶装置，其特征在于：

所述形状维持用支撑条14a以与下部护板14外周面切线方向平行的方向延伸形成。

6.根据权利要求3至5的任意一项所述的单晶长晶装置，其特征在于：

所述形状维持用支撑条14a的自由端部分别与相邻的其他形状维持用支撑条14a自由端部相隔开。

7.根据权利要求1至5的任意一项所述的单晶长晶装置，其特征在于：

还包括驱动冷却棒40，让坩埚30按上下方向做往返运动的驱动单元50；对侧部加热器22和下部加热器24各自的加热条件，被驱动单元50上下移动的冷却棒40上下方向运动条件进行控制的配电设备7。

8.根据权利要求1所述的单晶长晶装置，其特征在于：

所述冷却棒40在内部具有可让热交换媒介循环的通路，向腔体10下部突出地设置；所述坩埚30的中央部位形成有用于装放所述冷却棒40的上部，向下突出、具有结合凹槽34a的结合部34。

9.根据权利要求8所述的单晶长晶装置，其特征在于：

所述坩埚30的底面32与内侧壁面36形成钝角。

10.根据权利要求9所述的单晶长晶装置，其特征在于：

所述底面32与所述内侧壁面36形成的角度为90°至135°。

11.根据权利要求9所述的单晶长晶装置，其特征在于：

所述坩埚30的底面32与结合部34相接的内侧部分形成曲面38。

12.根据权利要求11所述的单晶长晶装置，其特征在于：

所述曲面38的曲率半径为5mm至50mm。

13.一种单晶长晶方法，以单晶长晶炉1及结合在其下部的热交换器，通过热交换法培养蓝宝石单晶成长，其特征在于：包括

在位于单晶长晶炉1内的腔体10内，通过下部护板14把坩埚30的结合部34结合在冷却棒40的上部，把籽晶A安放在坩埚30底面32后，把蓝宝石原料投放到坩埚30内部的准备阶段；

让设置在腔体10内坩埚30侧部整个周围的侧部加热器22与设置在坩埚30下部的下部加热器24进行加热，熔融蓝宝石原料的同时，通过冷却棒40与熔融的蓝宝石原料进行热交换，并让坩埚20与冷却棒40上下往返运动，以熔融的蓝宝石原料培养蓝宝石单晶成长的长晶阶段。

14.根据权利要求13所述的单晶长晶方法，其特征在于：

所述长晶阶段包括在单晶长晶过程中进行的对侧部加热器22和下部加热器24的个别加热条件进行控制的阶段及对以驱动单元50让冷却棒40上下运动的运动条件进行控制的阶段。

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