CN200996060Y - 蓝宝石晶体成长烧结炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种蓝宝石晶体成长烧结炉，它包括外炉，该外炉具有加热容间以容设内炉，加热容间内缘设有加热装置，加热容间上方设有具加热装置的二次燃烧室，该二次燃烧室连接具排风装置的冷却集尘装置。还包括有内炉，该内炉具有一炉床，炉床底端设有隔热层及冷却循环装置，炉床上端设有加热装置，炉床及隔热层外缘设有内炉体，内炉体与密封装置还设有结合装置，内炉设置有进气管及排气管。本实用新型内炉体内的气氛气体循环良好，进而达到均热的功效，以生产高质量氧化物人工晶体，节省时间及能源消耗，且成本较低、晶体质量和尺寸不受限制，且质量达到满足光学组件、半导体、通讯等组件的高性能要求，可在同一炉内预烧及长晶。
Description
技术领域
本实用新型属于气氛炉技术领域，特别是指一种适用于蓝宝石晶体成长烧结炉。
背景技术
目前，氧化物人工晶体在现代科技产品的运用十分重要，以单晶蓝宝石晶体运用于光电产业的发光二极管(LED)为例，氮化镓(GaN)的材料研究也已超过二十年，但一直因为没有晶格常数配合的基板(Substrate)，所以晶体长不好，并且p型氮化镓不易制成，所以进展缓慢，这些问题一直到1983年，日本的田贞史博士(S.Yoshida)等人用氮化铝(AlN)在蓝宝石(Sapphire)基板上先用高温成长做缓冲层，再在其上生长氮化镓时，结晶较好，之后名古屋大学的赤崎勇教授(I.Akasaki)等人发现以有机金属气相沉积法(MOCVD或OMVPE)均匀的在低温(约600℃)长一层薄的氮化铝，再在其上以高温(约1000℃左右)成长氮化镓可以得到像镜面的材料。1991年日亚公司(Nichia Co.)研究员中村修二(S.Nakamura)改用非晶体氮化镓以低温先成长为缓冲层(Buffer Layer)，再以高温成长氮化镓时，也得到镜面般平坦的膜。另一个如何做p-GaN的问题也获得突破，1989年赤崎勇教授等人首先将镁(Mg)掺杂在氮化镓里使其成长，长成后进行电子束照射得到p型氮化镓，后来日亚公司的中村修二发现电子束不过是使氮化镓的温度升高，使Ma-H中的氢分离而镁受子被活性化产生低阻抗的氮化镓，他发现如果以700℃左右的热退火也可将氢赶走，使镁活性化而完成p型的工作。利用以上二个发现，日亚公司1993年宣布成功开发光度一烛光(Cd)的GaN蓝光发光二极管(LED)，寿命长达数万小时。此消息发表后，立刻引起全世界的注意，目前全球各地已有很多机构在研究此类材料的制造、性质及应用。再者，由于蓝宝石基板(氧化铝单晶)的晶格与氮化镓非常接近，是非常适合的基板材料，因此蓝宝石基板的长成技术也就格外重要了。生产蓝宝石基板的主要关键技术在于2050℃高温中将氧化铝粉末熔化及生长晶体。而常用蓝宝石长晶所使用的高温烧结炉，需导入不同的气氛气体(隋性气体)于气氛炉内烧结，而烧结是一个相当重要的制程，因为烧结制程关系到蓝宝石晶体质量的好坏。常用的气氛炉由于对炉内温度控制不稳定，容易造成产品质量不佳。致使单晶蓝宝石长晶时间长、成本较高、晶体质量和尺寸受限制，这也是现行技术存有的最大缺陷，是本行业亟待解决的技术难题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种节省单晶蓝宝石长晶时间、成本较低、晶体质量和尺寸不受限制，且质量能满足光学、半导体、通讯等组件的高性能要求的成长烧结炉。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种蓝宝石晶体成长烧结炉，它包括外炉，该外炉具有加热容间以容设内炉，加热容间内缘设有加热装置，上方设有具加热装置的二次燃烧室，该二次燃烧室连接具排风装置的冷却集尘装置；上述的内炉包括有一炉床，炉床底端设有隔热层及冷却循环装置，炉床上端设有加热装置，炉床及隔热层外缘设有内炉体，内炉体与密封装置还设有结合装置，内炉设置有进气管及排气管。
上述的结合装置为快速接头。
上述的进气管，该进气管的端部外缘同心设置有排气管，该排气管的外径大于进气管的外径，而排气管的长度小于进气管的长度。
本实用新型可实现的技术效果如下：
1.本实用新型采用的内炉，包括有一炉床，炉床底端设有隔热层及冷却循环装置，炉床上端设有加热装置，炉床及隔热层外缘设有内炉体，内炉体在使用时可由密封装置与炉床密封，该内炉炉体与密封装置另设有结合装置，由此分离或结合内炉体与炉床，该内炉设置有进气管及排气管，故由进气管引进气氛气体，排气管的排出使用后的气氛气体，使内炉体内的气氛气体循环良好，进而达到均热的功效，以生产高质量氧化物人工晶体。
2.内炉设置有进气管，在该进气管的头端同心外缘设置排气管，该排气管外径较进气管大，长度较进气管短，设于中央的进气管引进气氛气体，排气管的排出使用后气氛气体，使内炉体内的气氛气体循环良好，以达到均热。
3.坩埚的设定温度约为2040～2300℃，所需时间根据体积确定，比现有技术节省约一倍的时间，也相对地节省了一倍的能源消耗，且成本较低、晶体质量和尺寸不受限制，且质量达到满足光学组件、半导体、通讯等组件的高性能要求，可满足在同一炉内预烧及长晶。
附图说明
图1为本实用新型蓝宝石晶体成长烧结炉的实施例剖视图。
图2为图1的内炉剖视图。
1-外炉
10-加热容间 11-加热装置
12-加热装置 13-二次燃烧室
2-内炉
20-炉床 21-隔热层
22-冷却循环装置 23-加热装置
24-内炉体 25-密封装置
26-结合装置
27-进气管 270-进气口
28-排气管 280-排气口
3-冷却集尘装置 30-排风装置
4-坩埚
具体实施方式
如图1～2所示，本实用新型蓝宝石成长烧结炉包括：外炉1，该外炉1具有加热容间10来容设内炉2，加热容间10的内缘设有加热装置11，加热容间10上方设有具加热装置12的二次燃烧室13，该二次燃烧室13连接具有排风装置30的冷却集尘装置3，将经二次燃烧室13完全燃烧后的气体冷却，杂质滤除后的达到了排放标准可被排出。
本实用新型蓝宝石成长烧结炉还包括内炉2，该内炉2包括有一炉床20，炉床20底端设有隔热层21及冷却循环装置22，炉床20上端设有加热装置23，炉床20及隔热层21外缘设有内炉体24，内炉体24在使用时可此密封装置25密封，内炉体24与炉床20为可分离式，并由密封装置25密封，密封装置在阻绝内部气氛气体外泄，一般采用硅橡胶类材质制成。该内炉体24与密封装置25也可另设有结合装置26，本实施例用快速接头连接(也可用螺栓连接)，可快速分离内炉体24与炉床20，该内炉20设置有进气管27，在该进气管27的顶端外缘同心设置排气管28，该排气管28的外径大于进气管27，而其长度小于进气管27，并由设于中央的进气管进气口270引进气氛气体，及排气管排气口280的排出使用后气氛气体，使内炉体24内的气氛气体循环良好，进而达到均热的功效，以生产高质量氧化物人工晶体者。
本实用新型被运用于蓝宝石晶体长成过程如下：单晶蓝宝石为氧化物人工晶体一种，先将预定外形氧化铝坯体置入本实用新型的炉床20上预烧，预烧温度可设定在1600℃以上，可以预烧成半熟状态的氧化铝块(cake)，可以消除微小的有机物、杂质、气泡等，并产生密实的比重，由于有机物、杂质等通常都是质量较轻且易漂浮，故可在高温中除去，并通过排风装置30将含杂质空气导入二次燃烧室13，高温下将杂质完全燃烧，再经冷却集尘装置3将经二次燃烧室13完全燃烧后的气体冷却、杂质滤除后达到排放标准而被排出。再将该经预烧完成的氧化铝块置入一坩埚4，为了取得蓝宝石晶体生长正确取向，在该坩埚4的底面设有籽晶(图中未示出)，并将该坩埚4置于炉床20上，并将内炉体24与炉床20通过结合装置26结合，然后将内炉体24抽真空并导入惰性气体，同时提高温度，将半熟状态的氧化铝块加热至溶解状态，直至长晶完成并固化、冷却、收缩成单晶蓝宝石，而炉床20底端设有的隔热层21及冷却循环装置22则用于降温，避免籽晶及密封装置25烧毁。
坩埚4可由钼、锆、铂、铱等材质制成，其设定温度约为2040～2300℃，所需时间根据体积确定，比现有技术节省约一倍的时间，也相对地节省了一倍的能源消耗，且成本较低、晶体质量和尺寸不受限制，且质量达到满足光学组件、半导体、通讯等组件的高性能要求，且本实用新型可满足在同一炉内预烧及长晶。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种蓝宝石晶体成长烧结炉，其特征在于，它包括：
外炉，该外炉具有加热容间以容设内炉，加热容间内缘设有加热装置，上方设有具加热装置的二次燃烧室，该二次燃烧室连接具排风装置的冷却集尘装置；所述的内炉包括有一炉床，炉床底端设有隔热层及冷却循环装置，炉床上端设有加热装置，炉床及隔热层外缘设有内炉体，该内炉体与密封装置还设有结合装置，该内炉设置有进气管及排气管。
2.如权利要求1所述的蓝宝石晶体成长烧结炉，其特征在于，所述的结合装置为快速接头。
3.如权利要求1或2所述的蓝宝石晶体成长烧结炉，其特征在于，所述的进气管的端部外缘同心设置有排气管，该排气管的外径大于进气管的外径，而排气管的长度小于进气管的长度。
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