CN107254714A - 200kg以上大尺寸蓝宝石单晶炉的热场结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种200kg以上大尺寸蓝宝石单晶炉的热场结构，该结构整体由上部保温结构、底部保温结构、侧面保温结构及加热体构成，上部保温结构是由圆形钼隔热屏和氧化锆隔热陶瓷组成。本发明针对大尺寸蓝宝石单晶生长过程中所面临的主要问题，在原有SAPMAC法蓝宝石单晶热场结构基础上进行改良设计，侧面保温采用多层阶梯结构，结合倒锥台鸟笼状加热体，一方面有利于形成更均匀的轴向温度梯度，使生长速度更加均匀，避免在晶体内引入过多的缺陷。另一方面有效提高了大尺寸蓝宝石单晶放肩阶段的稳定性，保证了热场顶部温度分布均匀合理，避免晶体在粘埚，减小晶体的内应力。
Description
（一）技术领域
本发明涉及一种蓝宝石单晶炉热场结构，具体涉及一种冷心放肩微量提拉法生长200k以大尺寸蓝宝石单晶炉的热场结构。
（二）背景技术
蓝宝石单晶具有优异的机械、光学、热学、力学等方面的性能，被广泛的用作半导体衬底、消费类电子产品、航空航天、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料等方面。
LED衬底应用方面，大尺寸衬底片可以更好地利用设备载盘，减少边缘损失，增加每台设备的产出。消费类电子应用及航空航天应用方面也要求蓝宝石向更大尺寸的方向发展。除了产业链下游出于扩大应用范围、降低成本等方面考虑，对蓝宝石晶体生长企业提出更高的要求——即更大尺寸、更高品质，对晶体生长企业自身来说，生长大尺寸蓝宝石单晶也有利于提高生产效率、减少耗能、提高出材率、降低成本，具有明显的综合经济效益。由此可见，大尺寸、高品质、低成本是蓝宝石行业发展的主旋律。
蓝宝石单晶生长设备结构合理是生长高品质、大尺寸蓝宝石单晶的前提条件。受传统泡生法单晶炉结构限制，随着生长晶体尺寸的增加，常存在热场温梯较小，温度分布不均，导致生长出的蓝宝石单晶，应力大、易粘埚、双晶几率高等问题，因此，大尺寸蓝宝石单晶的热场研发工作成为了当下的首要任务，
（三）发明内容
本发明针对大尺寸蓝宝石单晶生长过程中所面临的主要问题，在原有SAPMAC法蓝宝石单晶热场结构基础上进行改良设计，形成一种可以生长200kg以上大尺寸蓝宝石单晶炉的热场结构。
本发明的目的是这样实现的：该结构整体由上部保温结构、底部保温结构、侧面保温结构及加热体构成，上部保温结构是由圆形钼隔热屏和氧化锆隔热陶瓷组成；侧面保温结构为阶梯式多层保温结构，由内到外依次为底部带圆角的旋压钼桶、钼内胆、多层钼桶结构，封装的氧化锆纤维桶结构及氧化铝空心球层；底部保温结构由上至下依次为氧化锆隔热陶瓷结构、多层钼片隔热屏结构及最底层的氧化铝纤维砖结构，三层结构中心留有与支柱直径相匹配的圆形通孔；加热体结构为由钨棒制成的倒锥台结构。
本发明还有这样一些特征：
1、所述的上部保温结构顶部为7~12层圆形钼片构成，底层为厚度20~60mm的氧化锆隔热陶瓷，两者间通过不锈钢支架和带有螺纹的钼连杆及配套钼螺母进行固定，钼片及氧化锆绝热陶瓷中心位置留有观察通孔。
2、所述的侧面保温结构中，内层旋压钼桶厚度3~7mm，内外均做抛光处理，底部圆角为30~50度，高度为内胆的一半；内胆钼桶的厚度为2~4mm，高度与外层相邻的钼桶相同；多层钼桶结构中，每层厚度为0.3~0.6mm，钼桶由内到外高度逐渐减小，相邻层之间高度差为5~8mm；由30~60块厚度30~50mm的氧化锆纤维砖拼接而成的氧化锆纤维砖保温桶位于两层0.3~1.5mm厚的钼桶之间，两层钼桶之间在顶部用铆钉固定，形成夹层结构。夹层结构高度比相邻钼桶差6~10mm；氧化铝球厚度为10~35mm，高度比氧化锆纤维桶夹层结构差7~12mm。
3、所述的底部保温结构中顶层的氧化锆隔热陶瓷厚度为20~50mm，中间为8~15层钼隔热屏，单层厚度0.3~3mm，最底层为氧化铝纤维砖结构，三者轴心位置留有80~150mm与支柱匹配的圆形通孔。
4、所述的倒锥台形鸟笼装加热体结构是由60~84根，直径为4~12mm钨杆制成，加热体侧面与垂直方向夹角为2~10度。
本发明有益效果有：
1.本发明的大尺寸蓝宝石单晶炉保温结构中采用钼与氧化锆多层隔热结构，可增强保温效果，延长保温材料的使用寿命，进而降低生产成本。
2.本发明的大尺寸蓝宝石单晶炉保温结构中，侧面最内层下部采用抛光的旋压钼桶，可有效增强底部保温，防止因侧面与底部保温结构变形引起底部局部不均匀热量流失，同时增大轴向温度梯度，形成有利于大尺寸蓝宝石生长的温场。
3.本发明的大尺寸蓝宝石单晶炉保温结构中，侧面保温采用多层阶梯结构，结合倒锥台鸟笼状加热体，一方面有利于形成更均匀的轴向温度梯度，使生长速度更加均匀，避免在晶体内引入过多的缺陷。另一方面有效提高了大尺寸蓝宝石单晶放肩阶段的稳定性，保证了热场顶部温度分布均匀合理，避免晶体在粘埚，减小晶体的内应力。
（四）附图说明
图1为本发明结构示意图。
（五）具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。图1为200kg以上大尺寸蓝宝石单晶炉的热场结构，该结构整体由上部保温结构、底部保温结构、侧面保温结构及加热体构成。其中，上部保温结构是由圆形钼隔热屏2和氧化锆隔热陶瓷3组成，整体通过不锈钢支架1和钼连杆固定连接；侧面为阶梯式多层保温结构，由内到外依次为底部带圆角的旋压钼桶9、钼内胆5、多层钼桶结构14，封装的氧化锆纤维桶结构（氧化锆纤维砖拼接而成的氧化锆纤维砖保温桶6位于两层钼桶15之间，两层钼桶之间在顶部用铆钉7固定，形成夹层结构。）及氧化铝空心球层8；底部保温结构由上至下依次为氧化锆隔热陶瓷结构10、多层钼片隔热屏结构11及最底层的氧化铝纤维砖结构12，三层结构中心留有与支柱直径相匹配的圆形通孔13；加热体结构为由钨棒制成的倒锥台结构4。
Claims (5)
1.一种200kg以上大尺寸蓝宝石单晶炉的热场结构，其特征在于该结构整体由上部保温结构、底部保温结构、侧面保温结构及加热体构成，上部保温结构是由圆形钼隔热屏和氧化锆隔热陶瓷组成；侧面保温结构为阶梯式多层保温结构，由内到外依次为底部带圆角的旋压钼桶、钼内胆、多层钼桶结构，封装的氧化锆纤维桶结构及氧化铝空心球层；底部保温结构由上至下依次为氧化锆隔热陶瓷结构、多层钼片隔热屏结构及最底层的氧化铝纤维砖结构，三层结构中心留有与支柱直径相匹配的圆形通孔；加热体结构为由钨棒制成的倒锥台结构。
2.根据权利要求1所述的200kg以上大尺寸蓝宝石单晶炉的热场结构，其特征在于所述的上部保温结构顶部为7~12层圆形钼片构成，底层为厚度20~60mm的氧化锆隔热陶瓷，两者间通过不锈钢支架和带有螺纹的钼连杆及配套钼螺母进行固定，钼片及氧化锆绝热陶瓷中心位置留有观察通孔。
3.根据权利要求2所述的200kg以上大尺寸蓝宝石单晶炉的热场结构，其特征在于所述的侧面保温结构中，内层旋压钼桶厚度3~7mm，内外均做抛光处理，底部圆角为30~50度，高度为内胆的一半；内胆钼桶的厚度为2~4mm，高度与外层相邻的钼桶相同；多层钼桶结构中，每层厚度为0.3~0.6mm，钼桶由内到外高度逐渐减小，相邻层之间高度差为5~8mm；由30~60块厚度30~50mm的氧化锆纤维砖拼接而成的氧化锆纤维砖保温桶位于两层0.3~1.5mm厚的钼桶之间，两层钼桶之间在顶部用铆钉固定，形成夹层结构，夹层结构高度比相邻钼桶差6~10mm；氧化铝球厚度为10~35mm，高度比氧化锆纤维桶夹层结构差7~12mm。
4.根据权利要求3所述的200kg以上大尺寸蓝宝石单晶炉的热场结构，其特征在于所述的底部保温结构中顶层的氧化锆隔热陶瓷厚度为20~50mm，中间为8~15层钼隔热屏，单层厚度0.3~3mm，最底层为氧化铝纤维砖结构，三者轴心位置留有80~150mm与支柱匹配的圆形通孔。
5.根据权利要求4所述的200kg以上大尺寸蓝宝石单晶炉的热场结构，其特征在于所述的倒锥台形鸟笼装加热体结构是由60~84根，直径为4~12mm钨杆制成，加热体侧面与垂直方向夹角为2~10度。
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