CN204874816U - 生长c偏m向蓝宝石单晶的泡生法单晶炉结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种生长C偏M向蓝宝石单晶的泡生法单晶炉结构，它包括籽晶杆换热器、上隔热屏、电极、加热体、侧隔热屏、坩埚盖、坩埚、钨盘、支柱、下隔热屏及底部保温砖结构，籽晶夹固定在籽晶杆换热器上，上隔热屏设置在加热体上方，电极设置在上隔热屏两侧上方，侧隔热屏设置在加热体外侧，下隔热屏设置在加热体下方，蓝宝石单晶设置在坩埚内，坩埚设置在加热体内，钨盘设置在坩埚下方，支柱连接钨盘，侧隔热屏由顺次设置的钼筒、保温砖层、保温填料层组成。本实用新型在原有单晶炉基础上，针对C偏M向晶体的生长特点及对温场的要求，对单晶炉籽晶杆热交换器、侧隔热屏、下隔热屏及支柱结构进行调整，形成适于非常规、对称性差C偏M向蓝宝石单晶生长的热场结构。

Description

生长C偏M向蓝宝石单晶的泡生法单晶炉结构

（一）技术领域

本实用新型涉及一种蓝宝石单晶炉结构，具体涉及一种生长C偏M向蓝宝石单晶的泡生法单晶炉结构。

（二）背景技术

在消费类电子产品市场，蓝宝石最初被用在一些尺寸较小的产品方面，如手表表镜、销售点窗口、相机镜头盖、指纹识别窗口等。随着手机触摸屏的普及，人们对手机屏的耐划伤能力要求更高。蓝宝石作为莫氏硬度仅次于金刚石的材料，具有硬度高、耐腐蚀、光透过性好等优点，成为手机屏材料的优选材料之一。2013年，苹果与GTAT公司合作建立蓝宝石长晶厂，给市场提供了将在iphone6上使用蓝宝石手机屏应用的信号。虽然最终合作宣告失败，iphone6也没有如预期那样采用蓝宝石手机屏，但仍不排除蓝宝石在手机屏方面大量应用的可能，而且，目前已有一些手机型号上开始少量使用蓝宝石手机屏，如金立、华为、vivo等。

蓝宝手机屏能否广泛应用，一方面取决于长晶企业能否提供足够多的符合手机屏要求的晶体材料，另一方面取决于手机屏加工制造成本及成品率。蓝宝石硬度高，存在难加工、成品率低、加工成本高的问题。人们在生产实践过程中发现，蓝宝石的C偏M的某个方向硬度较低，尤其是C偏M45゜时硬度更低，更容易切割。由于泡生法梨形晶体中心部分直径大约20~40mm圆柱范围内气泡及蓝云等缺陷比例较高，因此，用传统沿A向生长的蓝宝石晶锭加工A向晶块时，晶体中心部位加工出来的2~4根晶块由于整根包含气泡及蓝云等缺陷全部成为不合格晶块，极大地降低了晶体材料利用率，进而增加了手表表镜、手机屏等产品的生产成本。但是，如果能够直接沿着C偏M向生长晶体，由于A向位于圆柱晶体的侧面，缺陷部分可以通过切割截去，就可以避免整根晶块不合格，从而可以提高晶体出材率，降低生产成本。另一方面，即使不考虑泡生法梨形晶体的中心部分缺陷，将A向由端面改到晶体侧面，经实际测算也可以直接提高晶体出材率。

然而，由于C偏M向晶体结构对称性差，容易出现斜肩、粘埚等问题，晶体生长成品率较低，同时也会影响晶体的出材率。

（三）发明内容

本实用新型是在前期授权专利号ZL200920100239.0中公布的冷心放肩微量提拉法蓝宝石单晶生长炉结构的基础上，通过对单晶炉热场结构进行改进，以形成适于生C偏M向蓝宝石晶体的单晶炉结构。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括籽晶杆换热器1、上隔热屏2、电极3、加热体4、侧隔热屏、坩埚盖8、坩埚9、钨盘10、支柱11、下隔热屏12及底部保温砖结构13，籽晶夹14固定在籽晶杆换热器1上，上隔热屏2设置在加热体4上方，电极3设置在上隔热屏2两侧上方，侧隔热屏设置在加热体4外侧，下隔热屏12设置在加热体4下方，蓝宝石单晶15设置在坩埚9内，坩埚9设置在加热体4内，钨盘10设置在坩埚9下方，支柱11连接钨盘10，侧隔热屏由顺次设置的钼筒5、保温砖层6、保温填料层7组成。

本实用新型在原有单晶炉基础上，针对C偏M向晶体的生长特点及对温场的要求，对单晶炉籽晶杆热交换器、侧隔热屏、下隔热屏及支柱结构进行调整，形成适于非常规、对称性差C偏M向蓝宝石单晶生长的热场结构。

本实用新型还有这样一些特征：

1、所述的蓝宝石单晶的生长方向为C偏M向1゜~89゜。

2、所述的籽晶杆热换器1的冷却水管原来的2分水管调整为4分水管，增大籽晶杆换热器冷却能力及调节范围。

3、所述的侧隔热屏钼筒5采用多层钼筒。

4、所述的侧隔热屏内层为5~12层，厚度0.3~2mm的多层钼筒，中间保温砖层6为厚度20~100mm的氧化锆、氧化镁或氧化铝纤维砖拼接结构，保温砖层外为厚度20~70mm的氧化铝球保温填料。

5、所述的单晶炉结构，根据所生长晶体重量，支柱直径50~120mm，高度270~450mm。支柱与钨盘接触一侧有直径5~40mm，深度20~100mm的盲孔。

6、所述的下隔热屏12为7~25层钼片，厚度1~4mm。

本实用新型的有益效果有：

该炉体结构保温效果好、冷心居中，温场稳定、温度梯度合理、生长出的C偏M向蓝宝石单晶内部缺陷少，热应力小。

1、侧隔热屏在原来钼筒与保温填料间增加了保温砖结构，该设计减小了径向的热量流失，有利于保证热场的对称性，防止晶体因各方向生长速度不一致导致的斜肩、粘埚问题，提高晶体生长成品率。

2、侧隔热屏中以保温砖结构代替部分钼屏，可以降低因钼屏变形导致热场失稳的风险，提高了热场材料的使用寿命。

3、籽晶杆热换器换热能力的提高，可增大晶体放肩阶段生长界面的温度梯度，减少晶体斜肩的几率，提高晶体出材率。

4、减少下隔热屏层数及降低支柱高度，可减小热场在轴向上的温度梯度，有效避免了C偏M向蓝宝石单晶的结构不对称带来的晶体偏心问题。另外，增加支柱直径，也就相当于增加炉体底部中心的散热能力，增大晶体生长后期的界面凸出率，减少晶体内部缺陷。

5、该单晶炉结构保温效果好，可减少电力消耗，降低晶体生长成本。

（四）附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

（五）具体实施方式

下面以32kg单晶炉，生长C偏M45゜蓝宝石单晶为例，结合附图对本实用新型进行详细说明。图1为C偏M向蓝宝石单晶生长用单晶炉热场结构示意图，主要包括籽晶杆换热器1、上隔热屏2、电极3、加热体4、侧隔热屏中钼筒5、保温砖层6、保温填料层7、坩埚盖8、坩埚9、钨盘10、支柱11、下隔热屏12及底部保温砖结构13。籽晶夹14固定在籽晶杆换热器1上，上隔热屏2设置在加热体4上方，电极3设置在上隔热屏2两侧上方，侧隔热屏设置在加热体4外侧，下隔热屏12设置在加热体4下方，蓝宝石单晶15设置在坩埚9内，坩埚9设置在加热体4内，钨盘10设置在坩埚9下方，支柱11连接钨盘10，侧隔热屏由顺次设置的钼筒5、保温砖层6、保温填料层7组成。根据晶体生长速度调节籽晶杆换热器的换热参数，进行晶体生长，最终形成蓝宝石单晶15。

32kgC偏M45゜蓝宝石单晶侧隔热屏中钼筒5为6层，靠近发热体的两层厚度为2mm，其余四层为0.5mm。保温砖6采用氧化铝纤维砖拼接结构，厚度为40mm。外部为氧化铝球保温填料层7厚度为30mm。为适当增加炉体底部散热能力，下隔热屏12由8层2mm厚钼片组成。支柱11的直径为75mm，高度270mm，盲孔直径6mm，深度30mm。

Claims (6)

1.一种生长C偏M向蓝宝石单晶的泡生法单晶炉结构，其特征在于它包括籽晶杆换热器、上隔热屏、电极、加热体、侧隔热屏、坩埚盖、坩埚、钨盘、支柱、下隔热屏及底部保温砖结构，籽晶夹固定在籽晶杆换热器上，上隔热屏设置在加热体上方，电极设置在上隔热屏两侧上方，侧隔热屏设置在加热体外侧，下隔热屏设置在加热体下方，蓝宝石单晶设置在坩埚内，坩埚设置在加热体内，钨盘设置在坩埚下方，支柱连接钨盘，侧隔热屏由顺次设置的钼筒、保温砖层、保温填料层组成。

2.根据权利要求1所述的一种生长C偏M向蓝宝石单晶的泡生法单晶炉结构，其特征在于所述的籽晶杆热换器的冷却水管原来的2分水管调整为4分水管。

3.根据权利要求2所述的一种生长C偏M向蓝宝石单晶的泡生法单晶炉结构，其特征在于所述的侧隔热屏中钼筒采用多层钼筒。

4.根据权利要求3所述的一种生长C偏M向蓝宝石单晶的泡生法单晶炉结构，其特征在于所述的侧隔热屏钼筒为5~12层，厚度0.3~2mm的多层钼筒，中间保温砖层为厚度20~100mm的氧化锆、氧化镁或氧化铝纤维砖拼接结构，保温砖层外为厚度20~70mm的氧化铝球保温填料。

5.根据权利要求4所述的一种生长C偏M向蓝宝石单晶的泡生法单晶炉结构，其特征在于所述的支柱直径50~120mm，高度270~450mm，支柱与钨盘接触一侧有直径5~40mm，深度20~100mm的盲孔。

6.根据权利要求5所述的一种生长C偏M向蓝宝石单晶的泡生法单晶炉结构，其特征在于所述的下隔热屏为7~25层钼片，厚度1~4mm。