CN206219710U - 一种导模法长晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及宝石长晶领域，公开了一种导模法长晶炉，其中，所述导模法长晶炉包括模具(1)、坩埚(2)和加热部件(4)，所述模具(1)设置在坩埚(2)内部，所述加热部件(4)设置在所述坩埚的外周，所述模具(1)具有从上到下贯穿的至少一条狭缝(3)，所述模具(1)的高度为93‑97mm，每条狭缝的宽度为0.6‑0.9mm，每条狭缝(3)的长度为85‑95mm。本实用新型所述导模法长晶炉可以同时生长多片大尺寸的片状晶体。

Description

一种导模法长晶炉

技术领域

本实用新型涉及宝石长晶领域，具体地，涉及一种导模法长晶炉。

背景技术

蓝宝石英文名称为Sapphire，源于拉丁文Spphins，属于刚玉族矿物，三方晶系，是世界上硬度仅次于金刚石的晶体材料，由于其具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性、高熔点等优良的物理、机械和化学性能，一直是微电子、航空航天、军工等领域继续的材料。

蓝宝石晶体生长方法包括熔体生长、溶液生长、气相生长和固相生长，其中，世界上主要的熔体生长方法包括晶体提拉法、导模法、热交换法和泡生法。其中，导模法是提拉法的一种变形，是一种近尺寸成型技术，即直接从熔体中生长出所需形状的晶体毛坯。导模法首要的条件是要求模具材料必须能为熔体所润湿，并且彼此间又不发生化学作用，在润湿角θ满足0<θ<90°的条件下，使得熔体在毛细管作用(虹吸现象)下能上升到模具的顶部，并能在顶部的模具截面上扩展到模具的边缘而形成一个薄膜熔体层，通过籽晶与该薄膜熔体层接触，然后再提拉生长，根据不同模具能生长出各种片、棒、管、丝以及其他特殊形状的晶体，具有直接从熔体中控制生长定型晶体的能力。所以，此法生产的产品可免除对宝石晶体加工所带来的繁重切割、成型的机械加工程序，同时大大减少了物料的加工损耗，节省了加工时间，从而大大降低产品成本。但是，现有技术中的导模法长晶炉同时生长出晶体的数量较少(例如6-8片)。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术生长宝石晶片的数量较少的缺陷，提供一种导模法长晶炉。

本实用新型提供了一种导模法长晶炉，其中，所述导模法长晶炉包括模具、坩埚和加热部件，所述模具设置在坩埚内部，所述加热部件设置在所述坩埚的外周，所述模具具有从上到下贯穿的至少一条狭缝，所述模具的高度h为93-97mm，每条狭缝的宽度d为0.6-0.9mm，每条狭缝的长度l为85-95mm。

优选地，所述模具的高度h为94-95mm。

优选地，每条狭缝的宽度d为0.7-0.8mm。

优选地，每条狭缝的长度l为88-92mm。

优选地，所述加热部件为加热线圈。

优选地，所述加热部件的外周还设置有保温层。

优选地，所述模具的上方设置有籽晶杆。

该导模法长晶炉可以同时生长出多片(例如21-24片)晶体，且尺寸较大。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型提供的一种实施方式的导模法长晶炉的示意图；

图2是本实用新型提供的一种实施方式的模具的示意图。

附图标记说明

1 模具； 2 坩埚；

3 狭缝； 4 加热部件。

具体实施方式

以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

本实用新型提供了一种导模法长晶炉，其中，如图1和图2所示，所述导模法长晶炉包括模具1、坩埚2和加热部件4，所述模具1设置在坩埚2内部，所述加热部件4设置在所述坩埚的外周，所述模具1具有从上到下贯穿的至少一条狭缝3，所述模具1的高度h为93-97mm，每条狭缝3的宽度d为0.6-0.9mm，每条狭缝3的长度l为85-95mm。

本实用新型中，对所述模具1上的狭缝3的个数没有特别的限定，图1和图2中的模具1上具有三条狭缝3，为了保证生长出的晶体的品质，优选情况下，所述模具1上具有21-24条狭缝3。

采用本实用新型所述的导模法长晶炉生长晶体时，将物料在坩埚2中通过加热部件4加热熔化，并将模具1放置在熔体中，熔体沿着模具1上的狭缝3涌升至模具1顶端，将籽晶浸渍导熔体中，待籽晶表面回熔后，逐渐提拉上引。为了减少位错和内应力，可先升高炉温使晶体长成窄型，过一段时间再进行放肩，向上提拉使熔体到达模具顶部的表面。此时，熔体在模具顶部的截面上扩展到边缘时中止，随后，再进行提拉，可使晶体进入等径生长阶段。

本实用新型中，所述坩埚2的材料为耐高温材料，可以为本领域常规的选择，例如，所述坩埚2可以为钼制坩埚。

本实用新型中，所述模具1的材料为能被熔体所润湿的材料。

本实用新型中，为了提高导模法生长出的晶体品质以及晶体数量，优选情况下，所述模具1的高度h为94-95mm。

本实用新型中，为了提高狭缝3的毛细作用，优选情况下，每条狭缝3的宽度d为0.7-0.8mm。

本实用新型中，为了进一步提高导模法长晶效果，优选情况下，每条狭缝3的长度l为88-92mm。

在一种实施方式中，所述模具1是一个块状的金属锭，并且在该金属锭中设置有从上到下贯穿的至少一条狭缝。

通过本实用新型所述模具生长晶体，可以同时生长出多个晶体，且所述晶体的尺寸较大，晶体品质高。

本实用新型中，对所述加热部件4的选择没有特别的限定，可以为本领常规的选择，只要能达到本实用新型的目的即可。优选情况下，所述加热部件4为加热线圈。

为了将坩埚体系与外界隔开，以保证所述加热线圈31的加热效率，所述加热部件4的外周还设置有保温层。所述保温层可以为本领域常规的选择，只要能达到保温效果即可，在此不再赘述。

在导模法生长晶体的过程中，在将籽晶浸渍导熔体时，需要有设备对籽晶进行控制，因此，优选情况下，所述模具1的上方设置有籽晶杆。所述籽晶杆用于固定籽晶以及控制籽晶移动。

本实用新型中，所述导模法长晶炉可以与机械泵连通，以便在长晶进行之前对设备抽真空。

采用本实用新型所述导模法长晶炉进行长晶的过程可以包括以下步骤：

a.在实验开始前必须彻底检查炉体内部是否有异物或杂质，因为在晶体生长过程中，炉体内的杂质或异物会因高温而造成晶体受到污染，而影响晶 体的质量，因此在实验开始之前，必须将炉体清理干净，降低杂质析出的可能性；

b.关闭生长设备的放气口，打开机械泵抽气并升温加热，再冲入Ar气，抽真空是为了防止坩埚2和模具1被氧化，还有防止坩埚材料与其它残留气体反应生成易挥发物，影响晶片的质量，充入Ar的另一个作用是：起保护作用，因为在高温低压的条件下，熔体易分解和蒸发；

c.通过加热部件4开始升温，升温要逐级进行，待到物料熔化以后，对长晶炉的功率做适当调整，调整后十分钟将籽晶摇下，使籽晶头据模具口的位置有4-5毫米的位置进行“烤晶”，对籽晶进行预热，防止热冲击，这段时间要密切注意籽晶头的变化，如果籽晶头有熔化迹象应立即将籽晶摇上，再适当调低温度等待一段分钟后再重复“烤晶”，“烤晶”一段时间后开始通过狭缝3引晶，通过控制籽晶杆，使籽晶头接触到熔体表面，如温度太低引晶时籽晶头的变化很小或根本没有变化，此时一定要观察好，如温度太低应提起籽晶先升温再重复引晶(切不可低温引晶，因为引晶时温度低，生长出的整根晶体一定会炸裂，同时容易损坏模具)；籽晶与熔体充分熔接，使其成为一体，即完成了引晶过程，温度偏低或籽晶摇下的太快，模具1就会损坏；温度过高，籽晶会全部熔化；

d.进行缩颈，即使晶体的直径尽可能缩小(取决于所负担的晶片的质量)；缩颈的作用为：减少籽晶中的遗传缺陷；在缩颈过程中，任何非轴向的位错都可以被逐步排除掉，用增加提拉速率或稍微升高熔体的温度来达到(一定要严格控制温度的变化，温度过高，籽晶熔化；温度太低，缩颈效果不明显)；

e.缩颈后，调设备到低速(3-8mm/h)，开始扩肩；扩肩是一个缓慢地降温过程，低速扩肩有利于消除位错和晶粒间界，晶片的宽度和模具口一样宽即可认为是扩肩已扩满，扩肩角度一般以120度左右为佳；扩肩使晶体沿着籽晶从模具中间向两边缓慢生长，扩肩时允许中部有少量低温，但不可太低 否则会引起晶体炸裂，温度太高会拖长生产时间，拉速由慢而快；

f.扩肩结束后，进行等径生长，使温度稍微升高，防止低温现象的产生；拉速由慢而快，理论分析表明，V＝0.5mm/min时，是合理的拉速条件，V_max<0.7mm/min；拉速太快，易形成泡状界面，在波谷之处，易夹生气体，造成在晶片中产生气泡；在温度场稳定的情况下，等径生长时的温度和拉速可以不变，但在实际生产中，由于各方面的原因，经常出现低温和高温的现象，低温时，晶片出现玻璃碎片状的条纹，严重时，在晶体长到一定长度后，会在低温处断裂，这就需要调高温度，并降低拉速，以减少条纹的延伸；高温时，晶片向内收缩，直径减少，这时要降低温度，减小拉速；在晶体生长过程中，要不时地调节温度的变化，并要求温度的调节与拉速的调节要相匹配；

g.晶体生长完毕又完成与坩埚脱离程序后，必须让晶体在炉体内缓慢的降温冷却，利用冷却过程来使晶体进行退火，以消除晶体在生长时期内部所累积的内应力，避免所残留的内部应力，造成晶体在降温时因释放应力而产生龟裂；待完成

退火后，关掉加热电压，继续冷却，待完全冷却后取出晶体。

同时，上述采用本实用新型所述导模法长晶设备进行导膜法长晶还具有以下优点：

(1)生长速度快，可降低功耗；

(2)能够获得成分均匀的掺质晶体；

(3)易于生长出具有恒定组分的共熔体化合物晶体，从而克服了提拉法生长晶体所发生的相分离作用；

(4)易于生长出无生长条纹的、光学均匀性好的晶体。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本 实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (7)

1.一种导模法长晶炉，其特征在于，所述导模法长晶炉包括模具(1)、坩埚(2)和加热部件(4)，所述模具(1)设置在坩埚(2)内部，所述加热部件(4)设置在所述坩埚的外周，所述模具(1)具有从上到下贯穿的至少一条狭缝(3)，所述模具(1)的高度h为93-97mm，每条狭缝(3)的宽度d为0.6-0.9mm，每条狭缝(3)的长度l为85-95mm。

2.根据权利要求1所述的导模法长晶炉，其特征在于，所述模具(1)的高度h为94-95mm。

3.根据权利要求1所述的导模法长晶炉，其特征在于，每条狭缝(3)的宽度d为0.7-0.8mm。

4.根据权利要求1所述的导模法长晶炉，其特征在于，每条狭缝(3)的长度l为88-92mm。

5.根据权利要求1或2所述的导模法长晶炉，其特征在于，所述加热部件(4)为加热线圈。

6.根据权利要求1或2所述的导模法长晶炉，其特征在于，所述加热部件(4)的外周还设置有保温层。

7.根据权利要求1或2所述的导模法长晶炉，其特征在于，所述模具(1)的上方设置有籽晶杆。