CN205501450U - 蓝宝石长晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种蓝宝石长晶炉，包括环形的内加热器和外加热器以及均匀设置在所述内加热器与外加热器之间的多个坩埚，所述坩埚底部设有冷却装置，所述内加热器和外加热器的功率为可控的。本实用新型提供的一种蓝宝石长晶炉，采用两种不同直径的环形钨加热器，将钨坩埚置于两环形加热器之间，且均匀对称分布，每只坩埚底部均设置冷却装置，通过控制加热器的功率和冷却介质的流量及温度，形成稳定的温场和热场，从而极大地提高了蓝宝石长晶材料的利用率和大尺寸晶体的成晶率，降低了生产成本。

Description

蓝宝石长晶炉

技术领域

本实用新型涉及LED衬底级蓝宝石晶体生长技术领域，特别是涉及一种蓝宝石长晶炉。

背景技术

LED衬底级蓝宝石晶体生长方法主要有泡生法、热交换法、坩埚下降法等。其中，泡生法生长的晶体市场占有率达85％以上，泡生法采用单一加热器，但随着LED衬底晶棒由2inch逐步转向4inch和6inch等大尺寸时，单纯的通过增大加热器的直径从而增加坩埚3尺寸进而达到增加投料量的目的，这种泡生法生长的蓝宝石晶体存在长晶良率低、晶体横向掏棒利用率低、生产能耗与成本较高等问题。热交换法可以生长较大重量的晶体，但晶体越重，晶体质量越差，且难以生长C向晶体。因此，热交换法生长大尺寸晶体良率较低，且成本较高，仅适合生长A向的晶体，晶体加工需横向掏棒，材料利用率低。坩埚下降法难以生长4inch及以上的大尺寸蓝宝石晶体，产品质量和尺寸不能满足市场需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：泡生法等蓝宝石晶体生长的设备生长大直径蓝宝石的技术难度非常大，且生长的晶体材料只能进行横向取材，材料利用率极低，一般低于40％，为了克服现有技术中蓝宝石晶体生长材料利用率低、长晶良率低以及生产能耗与成本较高的不足，本实用新型提供一种蓝宝石长晶炉，采用内外设置的环形加热器之间均匀设置多个坩埚，可同时生长多个蓝宝石晶体，具有材料利用率高、生产成本低等优点。

本实用新型解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种蓝宝石长晶炉，包括环形的内加热器和外加热器以及均匀设置在所述内加热器与外加热器之间的多个坩埚，所述坩埚底部设有冷却装置，所述内加热器和外加热器的功率为可控的。

具体的，所述冷却装置包括相互连通的一进口和一出口，所述冷却装置内设有冷却介质，所述冷却介质由进口向出口方向流动，所述冷却介质的流量及温度为可控的。

优选的，所述冷却介质为水或氦气。

采用内外环形加热器和底部冷却装置，使得坩埚四周加热，底部散热，通过加热器和坩埚的分布形成稳定可控的热场，分别控制两个加热器的功率形成稳定可控的温场；通过精确控制坩埚底部冷却介质的流量及温度，控制热量散失，从而控制由下往上的热场梯度；稳定可控的温场和热场的形成，使晶体材料利用率提高到90％，极大地提高了蓝宝石长晶材料的利用率和大尺寸晶体的成晶率，降低了生产成本。

进一步，为了使温场和热场更加稳定，还包括顶部加热器，所述顶部加热器位于所述坩埚的上部。顶部增加加热器后，坩埚的四周和顶部均进行加热，底部散热，使坩埚周围的热场更加稳定，能够进一步提高材料利用率和成晶率。

优选的，所述坩埚的高径比在0.8～1.5之间。

优选的，为了保证坩埚能够放置在内外加热器之间，所述内加热器和所述外加热器之间的距离大于所述坩埚的直径，且所述内加热器和所述外加热器之间的直径差大于两倍的所述坩埚的直径。

进一步，还包括水冷壁炉，所述水冷壁炉环设在所述外加热器外部。由于长晶炉还包括一些其他设备，在加热过程中，外围的设备也会因工作或加热器热量辐射温度升高，因此，采用水冷壁炉对设备进行冷却降温，保证设备的正常运行。

优选的，所述坩埚为4个、5个或6个。采用多个坩埚增加生产效率。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种蓝宝石长晶炉，采用两种不同直径的环形钨加热器，将钨坩埚置于两环形加热器之间，且均匀对称分布，每只坩埚底部均设置冷却装置，通过控制加热器的功率和冷却介质的流量及温度，形成稳定的温场和热场，长晶材料的利用率可达到90％以上，从而极大地提高了蓝宝石长晶材料的利用率和大尺寸晶体的成晶率，降低了生产成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型最佳实施例的结构示意图；

图2是四只坩埚蓝宝石长晶炉的结构示意图；

图3是六只坩埚蓝宝石长晶炉的结构示意图。

图中：1、内加热器，2、外加热器，3、坩埚，4、冷却装置，41、进口，42、出口，43、冷却介质，5、水冷壁炉。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1-3所示，本实用新型的一种蓝宝石长晶炉，包括环形的内加热器1和外加热器2，内加热器1位于外加热器2内部，内加热器1和外加热器2为两种不同直径的环形钨加热器，在内加热器1与外加热器2之间可均匀设置多个装料坩埚3，坩埚3采用钨坩埚，同时生长多个晶体，内外加热器1、2使得坩埚3四周加热，且顶部也可以增加加热器，底部散热，形成稳定可控的热场，通过分别控制内外两个加热器的功率，可以控制温场的稳定。调节内外加热器1、2直径的比例，可以设计不同直径和数量的坩埚3，极大地满足了不同产品的需求。坩埚3数量为2个或3个体现的经济优势以及生产效率的优势较小，且坩埚3放置最好为对称放置，因此，坩埚3数量可以为4个或6个，坩埚3直径可根据客户要求进行定制，直径可在2inch以上，如：4.5inch、6.5inch或8.5inch均可。一般高径比控制在0.8～1.5之间，以LED目前市场主流产品4inch和6inch来计，环形加热器之间可设计6只坩埚3，用以同时生长6个蓝宝石晶体，坩埚3直径可分别设计为4.5inch和6.5inch，坩埚3高度分别为170mm和220mm，大大提高了产能，且长晶材料利用率可高达90％以上。所述内加热器1和所述外加热器2之间的距离b大于所述坩埚3的直径a，即所述内加热器1和所述外加热器2之间的直径差大于两倍的所述坩埚3的直径a。以坩埚3直径a为4.5inch为例，内加热器1和外加热器2之间的距离b大于4.5inch。

蓝宝石长晶炉顶部设计有两种方案：其一，无加热器，但有保温材料，即加热器四周和上下均采用保温材料进行保温；其二，有顶部加热器情况下，在顶部加热器的外边(即顶部加热器上面)增加保温材料进行保温。

每只坩埚3底部均设置热交换器作为冷却装置4，冷却装置4包括相互连通的一进口41和一出口42，冷却装置4内设有冷却介质43，冷却介质43由进口41向出口42方向流动，图中箭头表示冷却介质43的流动方向，冷却介质43的流量及温度为可控的，冷却介质43可选择水或氦气，通过水或氦气将坩埚3底部热量导出，通过精确控制坩埚3底部冷却介质43的流量及温度，控制热量散失，从而控制由下往上的热场梯度。

外加热器2外部还环设有水冷壁炉5，用于对外围设备冷却降温。

本实用新型将大尺寸晶体生长转化为多个小尺寸晶体生长，降低了晶体生长难度。以当前主流85KG的晶体生长为例，采用传统的泡生法仅能加工4inch晶棒，高度达600mm，且单个晶体85KG，技术难度较大。而采用本实用新型的蓝宝石长晶炉仅需4个4.5inch坩埚3，即可生长4个200mm高度的4inch晶棒，这样单个晶体生长重量仅为10KG。可同时装载4个各有10KG料的坩埚3，进行4个分别是10KG晶体的生长，因而大大降低了晶体装载重量，提高了材料利用率。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本实用新型的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种蓝宝石长晶炉，其特征在于：包括环形的内加热器(1)和外加热器(2)以及均匀设置在所述内加热器(1)与外加热器(2)之间的多个坩埚(3)，所述坩埚(3)底部设有冷却装置(4)，所述内加热器(1)和外加热器(2)的功率为可控的。

2.如权利要求1所述的蓝宝石长晶炉，其特征在于：所述冷却装置(4)包括相互连通的一进口(41)和一出口(42)，所述冷却装置(4)内设有冷却介质(43)，所述冷却介质(43)由进口(41)向出口(42)方向流动，所述冷却介质(43)的流量及温度为可控的。

3.如权利要求2所述的蓝宝石长晶炉，其特征在于：所述冷却介质(43)为水或氦气。

4.如权利要求1所述的蓝宝石长晶炉，其特征在于：还包括顶部加热器，所述顶部加热器位于所述坩埚(3)的上部。

5.如权利要求1或4所述的蓝宝石长晶炉，其特征在于：所述坩埚(3)的高径比在0.8～1.5之间。

6.如权利要求5所述的蓝宝石长晶炉，其特征在于：所述内加热器(1)和所述外加热器(2)之间的距离大于所述坩埚(3)的直径，且所述内加热器(1)和所述外加热器(2)之间的直径差大于两倍的所述坩埚(3)的直径。

7.如权利要求1或4所述的蓝宝石长晶炉，其特征在于：还包括水冷壁炉(5)，所述水冷壁炉(5)环设在所述外加热器(2)外部。

8.如权利要求1所述的蓝宝石长晶炉，其特征在于：所述坩埚(3)为4个或6个。