CN202595338U - 一种用于泡生法蓝宝石晶体炉的内层隔热屏 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于蓝宝石单晶生长设备领域，具体是一种用于泡生法蓝宝石晶体炉的内层隔热屏，其特征在于：该隔热屏由上隔热层、中隔热层、下隔热层三部分组成，上隔热层、中隔热层、下隔热层均由钼金属制成，上隔热层与下隔热层在晶体炉的低温区，中隔热层在晶体炉的高温区，上隔热层、中隔热层、下隔热层之间连接处使用若干钼片连接，可防止变形，同时利于三部分的方便拆装。本实用新型由于在传统的双层内隔热屏基础上，增加了中隔热层，上下两层隔热层工作在低温区，从而使上下隔热层基本不发生损耗，只需替换易损坏的中隔热层，因此采用本实用新型内隔热屏与传统的双层隔热屏相比可节约60％的成本，可使整个蓝宝石生长成本降低15％。

Description

一种用于泡生法蓝宝石晶体炉的内层隔热屏

技术领域

本实用新型属于蓝宝石单晶（氧化铝单晶）生长设备领域，具体是一种用于泡生法蓝宝石晶体炉的内层隔热屏。 

背景技术

蓝宝石的组成为氧化铝(Al₂O₃)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成，其晶体结构为六方晶格结构。由于蓝宝石的光学穿透带很宽，从近紫外光(190nm)到中红外线都具有很好的透光性，因此被大量用在光学元件、红外装置、高强度镭射镜片材料及光罩材料上，它具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性、熔点高（2045℃）等特点，因此常被用来作为光电元件的材料。目前超高亮度白/蓝光LED的品质取决于氮化镓磊晶(GaN)的材料品质，而氮化镓磊晶品质则与所使用的蓝宝石基板表面加工品质息息相关，蓝宝石单晶C面Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小，同时符合GaN磊晶制程中耐高温的要求，使得蓝宝石晶片成为制作白/蓝/绿光LED的关键材料，另外大尺寸的蓝宝石晶体还是军用制导武器最常用的红外窗口材料。但是用于光学及LED衬底的蓝宝石晶体其应力和缺陷要求极高，是一种相当难加工的材料，尽管半个多世纪以来陆续出现了提拉法、热交换法、布里奇曼法以及倒模法等蓝宝石生长技术，目前最成熟的生长大尺寸、低应力及无缺陷蓝宝石晶体的技术仍然还是泡生法（或KY法）。 

泡生法生长蓝宝石晶体必须要使用可以加热到其熔点（2050℃）以上的晶体生长炉。在这一温度工作的材料只用钨、钼、铌、钽、铼，其中铌、钽、铼属稀有金属价格异常昂贵，在泡生法蓝宝石晶体炉中除钨铼的合金丝用于捆绑发热体外极少使用。钨钼材料则是泡生法蓝宝石晶体炉热场中最常用的 材料。泡生法蓝宝石晶体炉主要由热场、炉体、提拉旋转装置、电源、真空以及水循环系统组成。其中的热场是整个晶体炉的核心，其成本占到总成本的70％-80％，热场由发热体与隔热屏两部分组成。由于钼材料在高温下比钨材料更易挥发，因此发热体一般都是用钨材料制作。而隔热屏的主要作用是使发热体产生的热辐射均匀缓慢的向外的传递。考虑到钼的密度远低于钨其延展性与加工性能好的多，因此较低温度下使用的隔热屏通常都是由钼材料制作的。目前的内层隔热屏由上下两部分组成，上下两部分为两个形状相同的单独圆筒，两部分之间用一圈钼片铆接在一起使用。由于最内层的隔热屏其使用温度最高，如使用钼隔热屏在最多6个生长周期后就其中部就会损坏，上下两层隔热屏都必须更换。如选用钨的隔热屏，其寿命接近永久，但其成本则高出10倍以上，并且温场梯度会受到一定的影响，钨的内层隔热屏的晶体生长成品率要低于钼材料的内层隔热屏。因此钼的内层隔热屏依然是泡生法蓝宝石晶体炉的首选。但是其消耗速度也是整个热场中最快的，这样会使每炉蓝宝石生长的成本增加约4000-5000元，占到总成本的四分之一，如能找到一种减少钼材料损耗的方法，就能极大的节约成本。在目前蓝宝石价格偏低的市场情况下，一旦得到解决其成本降低带来的竞争优势是显而易见的。 

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种采用三层隔热钼层、结构合理、拆装方便、钼材料损耗小的用于泡生法蓝宝石晶体炉的内层隔热屏。 

本实用新型的技术方案如下： 

一种用于泡生法蓝宝石晶体炉的内层隔热屏，其特征在于：该隔热屏由上隔热层、中隔热层、下隔热层三部分组成，上隔热层、中隔热层、下隔热层均由钼金属制成，上隔热层与下隔热层在晶体炉的低温区，中隔热层在晶 体炉的高温区，上隔热层、中隔热层、下隔热层之间连接处采用若干钼片连接，可防止变形，同时利于三部分的方便拆装。 

本实用新型的内层隔热屏为圆筒形。 

本实用新型由于在传统的双层内隔热屏基础上，增加了中隔热层，其高度占总高度的40％左右，覆盖了整个晶体炉中的高温区，上下两层隔热层工作在低温区，从而使上下隔热层基本不发生损耗，只需替换易损坏的中隔热层，保证了上下隔热层能继续使用，因此采用本实用新型内隔热屏与传统的双层内隔热屏相比可节约60％的成本，可使整个蓝宝石生长成本降低15％。 

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。 

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作一详细阐述。 

如图1所示，一种用于泡生法蓝宝石晶体炉的内层隔热屏，隔热屏由钼金属制成，包括上隔热层1、中隔热层2、下隔热层3三层，上隔热层1与下隔热层3工作在低温区，中隔热层2高度占隔热屏总高度的40％左右，覆盖了整个晶体炉中的高温区，上隔热层1、中隔热层2、下隔热层3之间连接处使用钼片4连接，可防止变形，还能方便地拆装。 

本实用新型实施例隔热屏为圆筒型，圆筒型外径290-300毫米，厚度1.5-2.0毫米，高度为850-860毫米，其中上隔热层1高度200-250毫米，中隔热层2高度300-400mm，下隔热层3高度250-350mm。上隔热层1底部与中隔热层2顶部相连接处，间隔均匀的焊接了八片长5-8毫米，宽3-4毫米，厚度为1毫米的钼片4；下隔热层3顶部与中隔热层2底部相连接处，间隔均匀的焊接了八片长5-8毫米，宽3-4毫米，厚度为1毫米的钼片4。 

本实用新型钼材料在晶体炉的高温区会快速的损耗，长期使用会产生破 坏，该高温区位置在内隔热屏的250毫米-600毫米之间，因此主要发生损耗的区域也在这个区间，小于250毫米大于600毫米的部分基本没有损耗，损坏几率极小，按此标准设计三层的内隔热层，将高温区集中到中隔热层，就能使损坏集中在中隔热层，从而保证其余两层连续使用，损耗只有整个内隔热屏的60％。 

本实施例安装在Nika-L-30型泡生法蓝宝石晶体炉温场中，经过12个蓝宝石晶体生长周期的实验，其中隔热层发生了三次损坏，上下隔热层仅发生轻微变形未发现破损，可节约成本30000元。 

Claims (5)

1.一种用于泡生法蓝宝石晶体炉的内层隔热屏，其特征在于：该隔热屏由上隔热层、中隔热层、下隔热层三部分组成，上隔热层、中隔热层、下隔热层均由钼金属制成，上隔热层与下隔热层在晶体炉的低温区，中隔热层在晶体炉的高温区。

2.根据权利要求1所述的用于泡生法蓝宝石晶体炉的内层隔热屏，其特征在于：上隔热层、中隔热层、下隔热层之间连接处采用若干钼片连接。

3.根据权利要求2所述的用于泡生法蓝宝石晶体炉的内层隔热屏，其特征在于：上隔热层底部与中隔热层顶部相连接处、下隔热层顶部与中隔热层底部相连接处间隔均匀的焊接若干钼片。

4.根据权利要求1或2所述的用于泡生法蓝宝石晶体炉的内层隔热屏，其特征在于：中隔热层高度占总隔热屏高度的40％左右。

5.根据权利要求1或2所述的用于泡生法蓝宝石晶体炉的内层隔热屏，其特征在于：所述隔热屏为圆筒形。

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