CN203112960U - 长晶装置 - Google Patents

Abstract

一种长晶装置，包括：一坩锅、一坩锅盖及多个热反射环。坩锅盖界定有一开口，坩锅盖装设于坩锅上且共同包围定义出一经开口而连通于外的容置空间。所述多个热反射环设置于容置空间内且分别悬吊于坩锅盖，而任两相邻的热反射环呈等距地间隔设置，且所述多个热反射环与坩锅盖之间各形成有一第一角度。其中，所述多个热反射环能在该长晶装置加热过程中产生形变，以使第一角度变化至一第二角度。从而，本实用新型通过所述多个热反射环的设置而能调整熔汤表面温梯分布。

Description

长晶装置

技术领域

本实用新型是有关一种长晶装置，且特别是有关于一种能调整坩锅内熔汤表面温梯分布的长晶装置。

背景技术

为了制造蓝宝石晶片，典型的做法是，将被填入高纯度氧化铝原料的长晶装置加热至或超过摄氏2100度以熔化该原料，接着经历一连串程序如钻取、圆磨、切片、研磨、热处理及抛光以取得单晶晶片。

在制造蓝宝石单晶时，控制气泡及控制错位对于品质上具有重大的影响。错位可通过在晶体成长后利用蚀刻方法而被量测。错位主要是因为热应力而产生，而热应力主要是发生在长晶时的晶体内部与外部的温度差。因此，错位密度可通过控制热应力而被控制。

举例来说，在过往的经验中，由于长晶装置通常是在其侧面与底部加热，故导致在晶体的顶部与底部之间具有温度梯度。上述温度梯度所产生的热应力最终导致错位而影响晶体品质。

于是，本实用新型为改善上述缺点，乃特潜心研究并配合学理的运用，终于提出一种设计合理且有效改善上述缺点的本实用新型。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的主要目的在于提供一种长晶装置，其能用以有效地调整熔汤表面的温梯分布。

本实用新型实施例提供一种长晶装置，包括：一坩锅；一坩锅盖，其界定有一开口，该坩锅盖装设于该坩锅上，且该坩锅与该坩锅盖包围定义出一容置空间，该容置空间经该开口而连通于外；以及多个热反射环，其设置于该容置空间内且分别悬吊于该坩锅盖，而任两相邻的热反射环呈间隔设置，且所述多个热反射环与该坩锅盖之间各形成有一第一角度，所述多个热反射环能在该长晶装置加热过程中产生形变，以使每一热反射环与该坩锅盖之间的第一角度能变化至一第二角度。

根据上述构思，进一步包括多个杆状的固定件，所述多个固定件装设于该坩锅盖，所述多个热反射环定位于所述多个固定件而悬吊于该坩锅盖，并且所述多个热反射环与所述多个固定件之间留有余隙，以容许所述多个热反射环与该坩锅盖之间的角度变化。

根据上述构思，进一步包括多个定位件，每一热反射环形成有多个通孔，每一通孔的尺寸小于每一定位件的尺寸，所述多个热反射环分别经由所述多个定位件与所述多个固定件的配合而悬吊于该坩锅盖。

根据上述构思，每一热反射环呈板状且具有相对的一第一面与一第二面，于该长晶装置加热过程中，每一热反射环的第一面与第二面分别受到不同的热应力而产生不同的热膨胀，以使每一热反射环与该坩锅盖之间的第一角度能变化至该第二角度。

根据上述构思，该第一角度为平角，而该第二角度为锐角。

根据上述构思，所述多个热反射环与该坩锅盖之间各形成该第二角度时，每一热反射环的内径自邻近该坩锅盖朝远离该坩锅盖的方向逐渐递增。

根据上述构思，进一步具有多层环状隔热片，所述多层隔热片层层依序堆叠于该坩锅盖的外表面上。

根据上述构思，所述多层隔热片的内径自邻近该坩锅盖朝远离该坩锅盖的方向逐层递增，所述多层隔热片的外缘与该坩锅盖的外缘切齐。

综上所述，本实用新型的有益效果在于，实施例所提供的长晶装置，其能提高制程参数的可调区间，以控制熔汤表面温梯分布，进而减少扩肩急速生长的机率，达到减少晶体的热应力集中，以提升晶体品质的效果。

附图说明

图1A为本实用新型长晶装置未加热时的平面示意图(一)。

图1B为图1A的局部立体示意图。

图1C为本实用新型长晶装置未加热时的平面示意图(二)。

图1D为本实用新型长晶装置未加热时的平面示意图(三)。

图2A为本实用新型长晶装置加热后的平面示意图(一)。

图2B为本实用新型长晶装置加热后的平面示意图(二)。

图3为本实用新型晶体制造方法的步骤示意图。

其中，附图标记说明如下：

100长晶装置

1坩锅

11容置空间

2坩锅盖

21开口

22贯穿孔

3隔热单元

31隔热片

4热反射环

41第一面

42第二面

43延伸部

44通孔

5吊挂单元

51固定件(如：螺丝)

52定位件(如：螺帽)

200熔汤

201凝结物

具体实施方式

本实用新型为一种长晶装置及晶体制造方法。首先，针对运用在晶体制造方法的长晶装置作一简要说明，其后，再接着介绍晶体制造方法。

请参阅图1A和图1B所示，其为本实用新型的一实施例，本实施例提供一种长晶装置100，包括：一坩锅1、一坩锅盖2、一隔热单元3、多个热反射环4及一吊挂单元5。其中，上述坩锅1为业界常用的器具，故在此不加以详述。

所述坩锅盖2的大致中央部位界定有一开口21，并且坩锅盖2于开口21旁的部位形成有多个贯穿孔22。所述坩锅盖2装设于坩锅1上，以使坩锅1与坩锅盖2包围定义出一容置空间11，而所述容置空间11能经开口21而连通于外。

所述隔热单元3具有多层环状隔热片31，所述多层隔热片31层层依序堆叠设置于坩锅盖2的外表面上，并且所述多层隔热片31的内径皆大于坩锅盖2的开口21。其中，所述多层隔热片31于图式中是以彼此接触堆叠为例，但不排除所述多层隔热片31彼此间隔地堆叠设置。再者，所述多层隔热片31的内径自邻近坩锅盖2朝远离坩锅盖2的方向逐层递增，也就是说，所述坩锅盖2的开口21不会被隔热单元3所遮蔽。并且所述多层隔热片31的外缘大致与坩锅盖2的外缘切齐。

从而，所述长晶装置100通过隔热单元3的设置，以使坩锅1内的热能受到坩锅盖2与隔热单元3的阻挡而较不易经由发散于外，进而增加保温效果。再者，所述坩锅盖2以外的温度梯度受到隔热单元3的影响而呈现缓缓逐渐下降的趋势，以利于后续相关引晶步骤。

所述热反射环4大致呈板状且是由铱、钨或钼等耐热并具有一定延展性的材料所制成。再者，为便于说明，本实施例是以图1A所示的热反射环4作为下述介绍之用，但于实际应用时，热反射环4也可依设计者需求而调整为其他样式。

举例来说，请参阅图1C和图1D所示，所述热反射环4能于其内缘或外缘突出形成有一延伸部43，以改变热反射环4的厚度，进而适用于后续调整熔汤表面的温梯分布。或者，所述热反射环4也能形成如管状的构造(图未示)。

再参阅图1A和图1B，所述热反射环4分别悬吊于坩锅盖2且设置于容置空间11内，而任两相邻的热反射环4呈等距地间隔设置，以通过所述两热反射环4的间距达到隔热的效果。所述多个热反射环4与坩锅盖2之间各形成有一第一角度，其中，上述第一角度于本实施例中以平角(180度)为例。

更详细地说，在长晶装置100加热过程中，所述多个热反射环4能通过本身的结构设计来产生形变，以使每一热反射环4与坩锅盖2之间的第一角度(如图1A)能变化至一第二角度(如图2A)。其中，上述第二角度较佳为锐角(小于90度)。而所述第二角度除了图2A所呈现的情况外，热反射环4也能通过不同的结构设计而形成如图2B所示的情况，换言之，实际状态可依设计者需求来作选择。

须说明的是，图2A所示的第二角度为较佳的实施方式，也就是说，当所述多个热反射环4与坩锅盖2之间各形成第二角度时，每一热反射环4的内径自邻近坩锅盖2朝远离坩锅盖2的方向逐渐递增。从而，凝结于热反射环4表面的凝结物201将沿热反射环4表面而滑落至外侧部位(也即，如图3，将凝结物201引流至坩锅1侧壁附近)，进而避免凝结杂质滴落的问题产生。

而有关热反射环4通过何种结构设计以于长晶装置100加热时产生形变，下述举一个实施方式作一说明，但并不局限于此。

每一热反射环4具有相对的一第一面41与一第二面42，通过热反射环4的厚度设计以使热能自第一面41传递至第二面42之后，第一面41与第二面42产生不同的热膨胀效果。具体来说，第一面41接收热能时，能经由第一面41与第二面42之间的厚度来传递热能，使热能自第一面41发散；而第二面42所接收到的热能是经由其上方的空气散发出去；由于第一面41与第二面42的散热介质不同，使得于长晶装置100加热过程中，每一热反射环4的第一面41与第二面42分别受到不同的热应力而产生不同的热膨胀。如第二面42的热膨胀程度大于第一面41的热膨胀程度，可使每一热反射环4与坩锅盖2之间的第一角度能变化至第二角度。

此外，本实施例中的热反射环4厚度较佳地是由外而内呈现递增、递减、或其他规则状设计，以使热反射环4于加热时产生均匀变形。但于实际应用时，并不排除热反射环4于加热产生非均匀变形的情形。再者，除热反射环4的厚度设计外，也可于每一热反射环4的表面(第一面41或第二面42)形成有至少一刻痕(图未示)。使长晶装置100加热过程中，每一热反射环4通过其刻痕部位产生应力集中，使每一热反射环4与坩锅盖2之间的第一角度能变化至第二角度。

而有关上述热反射环4悬吊于坩锅盖2的方式，下述举一种吊挂单元5作一说明，但不局限于此。所述吊挂单元5包括多个杆状的固定件51(如：螺丝)及与固定件51搭配的多个定位件52(如：螺帽)。再者，每一热反射环4形成有多个通孔44，每一通孔44的尺寸小于每一定位件52的尺寸，且每一热反射环4的通孔44数量等同于所述固定件51的数量。

所述固定件51装设(如：穿设)于坩锅盖2的贯穿孔22，而固定件51穿出于坩锅盖2的部位依序穿过所述多个热反射环4的通孔44。当固定件51穿出热反射环4的通孔44时，以定位件52装设(如：螺锁)于固定件51，以达到挡止热反射环4的效果，也即，所述多个热反射环4将通过定位件52而定位于所述多个固定件51，进而悬吊于坩锅盖2。

其中，每一热反射环4与每一固定件51之间留有余隙，以容许所述多个热反射环4与坩锅盖2之间的角度变化。换言之，所述余隙能提供热反射环4产生形变时所需的空间，以避免热反射环4因形变而与固定件51产生干涉而造成损坏。

以上已介绍完长晶装置100，下述接着针对如何将所述长晶装置100运用在晶体制造方法作一说明。请参阅图1A和图3所示，晶体制造方法的步骤包括如下：

实施一准备步骤：提供如上所述的长晶装置100(在此以图1A所示的长晶装置100为例)，并于坩锅1内盛装一原料(图未示)。其后，将所述多个热反射环4通过吊挂单元5悬吊于坩锅盖2下方，并坩锅盖2上装设隔热单元3，而后将坩锅盖2装设于坩锅1上，使所述多个热反射环4位于容置空间11内。其中，上述原料的材质可以是氧化铝、硅或其他材质，在此不加以限制。

实施一加热步骤：进行长晶装置100的加热，以将原料熔融形成一熔汤200。而于长晶装置100加热过程中，所述多个热反射环4因受热而产生形变，以使每一热反射环4与坩锅盖2之间的第一角度逐渐变化至第二角度，进而调整熔汤200表面的垂直温梯分布与水平温梯分布。

更详细地说，当每一热反射环4与坩锅盖2之间的第一角度逐渐变化至第二角度时，每一热反射环4的内径自邻近坩锅盖2朝远离坩锅盖2的方向逐渐递增，并且熔汤200因蒸发而凝结于每一热反射环4的凝结物201，其沿每一热反射环4表面滑落至熔汤200的外侧部位，进而避免凝结杂质滴落的问题产生。

其后，对熔汤200进行引晶步骤以形成晶体(图略)，其中，由于隔热单元3与热反射环4的设置，使长晶装置100于坩锅1的内部与外部不会有温度骤降的情事产生，以达到提升晶体品质的效果。而有关具体的引晶步骤属于业界常用的技术手段，在此则不加以详述。

附带说明一点，有关上述隔热片31的层数、热反射环4的层数及热反射环4与坩锅盖2的角度，其能够搭配熔汤200表面温梯的分布状况而加以调整。

〔实施例的可能功效〕

根据本实用新型实施例，上述的长晶装置，其能提高制程参数的可调区间，以控制熔汤表面温梯分布，进而减少扩肩急速生长的机率，达到减少晶体的热应力集中以提升晶体品质的效果。再者，长晶装置更是能通过热反射环与坩锅盖夹有锐角，且每一热反射环的内径自邻近坩锅盖朝远离坩锅盖的方向逐渐递增，以达到避免凝结杂质影响长晶的效果。

以上所述仅为本实用新型的实施例，其并非用以局限本实用新型的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种长晶装置，其特征在于，包括：

一坩锅；

一坩锅盖，其界定有一开口，该坩锅盖装设于该坩锅上，且该坩锅与该坩锅盖包围定义出一容置空间，该容置空间经该开口而连通于外；以及

多个热反射环，其设置于该容置空间内且分别悬吊于该坩锅盖，而任两相邻的热反射环呈间隔设置，且所述多个热反射环与该坩锅盖之间各形成有一第一角度，所述多个热反射环能在该长晶装置加热过程中产生形变，以使每一热反射环与该坩锅盖之间的第一角度能变化至一第二角度。

2.如权利要求1所述的长晶装置，其特征在于，进一步包括多个杆状的固定件，所述多个固定件装设于该坩锅盖，所述多个热反射环定位于所述多个固定件而悬吊于该坩锅盖，并且所述多个热反射环与所述多个固定件之间留有余隙，以容许所述多个热反射环与该坩锅盖之间的角度变化。

3.如权利要求2所述的长晶装置，其特征在于，进一步包括多个定位件，每一热反射环形成有多个通孔，每一通孔的尺寸小于每一定位件的尺寸，所述多个热反射环分别经由所述多个定位件与所述多个固定件的配合而悬吊于该坩锅盖。

4.如权利要求2所述的长晶装置，其特征在于，每一热反射环呈板状且具有相对的一第一面与一第二面，于该长晶装置加热过程中，每一热反射环的第一面与第二面分别受到不同的热应力而产生不同的热膨胀，以使每一热反射环与该坩锅盖之间的第一角度能变化至该第二角度。

5.如权利要求2所述的长晶装置，其特征在于，该第一角度为平角，而该第二角度为锐角。

6.如权利要求1至5中任一项所述的长晶装置，其特征在于，所述多个热反射环与该坩锅盖之间各形成该第二角度时，每一热反射环的内径自邻近该坩锅盖朝远离该坩锅盖的方向逐渐递增。

7.如权利要求6所述的长晶装置，其特征在于，进一步具有多层环状隔热片，所述多层隔热片层层依序堆叠于该坩锅盖的外表面上。

8.如权利要求7所述的长晶装置，其特征在于，所述多层隔热片的内径自邻近该坩锅盖朝远离该坩锅盖的方向逐层递增，所述多层隔热片的外缘与该坩锅盖的外缘切齐。

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