CN201224777Y - 大尺寸蓝宝石坩埚下降法生长炉 - Google Patents

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王国强
肖兵
周世斌
曹宗良
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Chengdu Dongjun Laser Co., Ltd.
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CHENGDU DONG-JUN LASER Co Ltd
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Abstract

一种大尺寸蓝宝石坩埚下降法生长炉，包括炉体、热场、真空系统、保护气氛充气系统、炉内气氛控制系统，设置在热场内腔的钼坩埚通过坩埚下保温托与坩埚杆连接，坩埚杆与主升降机构相连，钼坩埚籽晶管对应的下保温托、坩埚杆设有贯通孔，通孔内设置的副升降杆从坩埚杆底部穿出，并与副升降机构相连。通过副升降机构控制副升降杆的升降，从而为晶体生长提供足够的温度梯度，提高晶体气泡排除能力，减少晶体内部的缺陷。通过气氛控制系统，确保炉内保护气氛符合要求并保持稳定，避免了钼坩埚挥发后杂质的产生。从而有效提高晶体生长质量，生长出规则圆柱形的大尺寸优良蓝宝石晶体。

Description

大尺寸蓝宝石坩埚下降法生长炉
技术领域
本实用新型涉及坩埚下降法晶体生长炉技术领域。
背景技术
现有的蓝宝石生长技术主要有：感应加热提拉法、泡生法、温度梯度法、热交换法、导模法和坩埚下降法。在众多的蓝宝石生长方法中，坩埚下降法生长出的蓝宝石具有以下几个优点：1、毛胚晶体外形呈较规则的圆柱形，易于加工2、晶体应力小，在加工过程中不易碎裂3、低位错密度，实际生长中位错密度可以控制在1000个/Cm2以下，这对于提高高亮度LED的发光效率和产品优良率都有很重要的意义。但传统的坩埚下降法生长炉有以下两个不足之处：1、温度梯度调整范围有限，很难提供生长大尺寸蓝宝石晶体所需的温度梯度，同时导致晶体排除气泡的能力低下，晶体内部缺陷较多。2、炉内气氛不能精确控制，在晶体制备的过程中，炉内注入的保护气氛由于不断发生反应压力下降，在高温状态下，容易造成坩埚氧化挥发，挥发物进入晶体后形成杂质，造成晶体品质下降，导致晶体内部杂质较多。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种生长晶体质量好、内部缺陷和杂质都少的大尺寸蓝宝石坩埚下降法生长炉。
本实用新型的目的是通过实施下述技术方案來实现的：
一种大尺寸蓝宝石坩埚下降法生长炉，包括炉体、热场、真空系统、保护气氛充气系统，热场内腔设置的钼坩埚通过坩埚下保温托与坩埚杆连接，坩埚杆与主升降机构相连，其特征在于：钼坩埚对应的下保温托、坩埚杆设有贯通孔，通孔内设置的副升降杆从坩埚杆底部穿出，并与副升降机构相连。
所述的大尺寸蓝宝石坩埚下降法生长炉，还包括一个气氛控制系统，所述气氛控制系统包括PID控制器、变频器、压力传感器、变送器及真空泵，压力传感器通过变送器与PID控制器相连，PID控制器输出端通过变频器与真空系统的真空泵相连。压力传感器产生的电流信号经变送器送入PID控制器，并与控制器内设定值进行比较，其差值经运算后经控制器输出至与气氛控制系统的真空泵相接的变频器。
所述的大尺寸蓝宝石坩埚下降法生长炉，其PID控制器输出端还与保护气氛充气系统连接。压力传感器产生的电流信号经变送器送入PID控制器，并与控制器内设定值进行比较，其差值经运算后经控制器输出至与气氛控制系统的真空泵相接的变频器，或输出至保护气氛充气系统。
采用以上结构的大尺寸蓝宝石坩埚下降法生长炉，在晶体生长过程的原料融化阶段，启动与副升降机构相连的副升降杆向上升，封堵下保温托的贯通孔，增加钼坩埚籽晶处的保温以确保籽晶融化，在晶体生长开始时，升降机构启动下降，与副升降机构相连的副升降杆也下降，下保温托的贯通孔打开，下部的较冷空气进入孔内，给贯通孔对应的籽晶管内的籽晶起到一个降温的作用，为晶体生长提供足够的温度梯度，提高晶体排杂作用，减少晶体内部的缺陷和杂质，从而提高晶体的完整性和质量。此外，采用气氛控制系统后，当炉内气压高于设定值时，真空泵就开始工作，将炉内多余的气体抽出；当炉内气压低于设定值时，真空泵就停止工作，从充气孔进入的保护气体可以确保炉内保护气氛符合要求，避免了钼坩埚挥发后杂质的产生。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图。
图2是本实用新型气氛控制框图。
图中标记：1副升降机构滚珠丝杠，2支撑座，3主升降机构的滚珠丝杠，4热场，5炉体，6真空系统，7钼坩埚，8下保温托，9坩埚杆，10副升降杆，11保护气氛充气系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，一种大尺寸蓝宝石坩埚下降法生长炉，包括炉体5、热场4、真空系统6、保护气氛充气系统11，所述设置在热场内腔的钼坩埚7通过坩埚下保温托8与坩埚杆9连接，钼坩埚下部对应的下保温托、坩埚杆设有贯通孔，通孔内设置的副升降杆10从坩埚杆底部穿出，坩埚杆和副升降杆分别与主升降机构和副升降机构相连，所述升降机构包括支撑座2、滚珠丝杆、步进电机，坩埚杆、主副升降机构的滚珠丝杆(1，3)安装在支承座上，主副升降机构的步进电机的输出轴分别与对应的滚珠丝杆相连，从而控制坩埚杆和副升降杆的升降。在晶体生长过程的原料融化阶段，启动与副升降机构相连的副升降杆向上升，封堵下保温托的贯通孔，增加钼坩埚籽晶处的保温以确保籽晶融化，在晶体生长开始时，升降机构启动下降，与副升降机构相连的副升降杆也下降，下保温托的贯通孔打开，下部的较冷空气进入孔内，对钼坩埚籽晶管内的籽晶降温，为晶体生长提供足够的温度梯度，提高晶体排杂作用，减少晶体内部的缺陷和杂质，从而提高晶体的完整性和质量。
如图2所示，本实用新型还包括由PID控制器、变频器、压力传感器及变送器组成的气氛控制系统，压力传感器产生的压力信号经变送器送入PID控制器，并与控制器内设定值进行比较，其差值经运算后经控制器输出至与真空系统的真空泵相接的变频器。保护气氛充气系统11始终开启，当炉内气压高于设定值时，真空泵就开始工作，将炉内多余的气体抽出；当炉内气压低于设定值时，真空泵停止工作，从充气孔进入的保护气体确保炉内气氛始终为保护气氛，从而避免了坩埚的氧化和杂质的产生。
PID控制器输出端还可以与上述保护气氛充气系统的充气阀相连。当炉内气压高于设定值时，充气系统充气阀关闭，真空泵就开始工作，将炉内多余的气体抽出；当炉内气压低于设定值时，真空泵停止工作，充气系统充气阀开启，从充气孔进入的气体确保炉内气氛始终为保护气氛，从而避免了坩埚的氧化和杂质的产生。
采用以上结构的大尺寸蓝宝石坩埚下降法生长炉，适用于生长蓝宝石、YAG系列、钛宝石、闪烁晶体等高熔点的大尺寸晶体，能有效提高晶体生长质量，生长出规则圆柱形的优良晶体。
需要说明的是：虽然上述实施例已经详细描述了本实用新型的结构，但本实用新型并不限于上述实施例，凡是本领域技术人员从上述实施例中不经过创造性劳动就可以想到的替换结构，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1、一种大尺寸蓝宝石坩埚下降法生长炉，包括炉体(5)、热场(4)、真空系统(6)、保护气氛充气系统(11)，热场内腔设置的钼坩埚(7)通过坩埚下保温托(8)与坩埚杆(9)连接，坩埚杆与升降机构相连，其特征在于：钼坩埚对应的下保温托、坩埚杆设有贯通孔，通孔内设置的副升降杆(10)从坩埚杆底部穿出，并与副升降机构相连。
2、如权利要求1所述的大尺寸蓝宝石坩埚下降法生长炉，其特征在于：还包括一个气氛控制系统，所述气氛控制系统包括PID控制器、变频器、压力传感器、变送器及真空泵，压力传感器通过变送器与PID控制器相连，PID控制器输出端通过变频器与真空泵相连。
3、如权利要求1所述的大尺寸蓝宝石坩埚下降法生长炉，其特征在于：所述PID控制器输出端还与保护气氛充气系统相连。
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