CN206562480U - 一种散热均匀生长多尺寸蓝宝石的长晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种散热均匀生长多尺寸蓝宝石的长晶炉，包括真空电阻炉、环形外加热器、环形内加热器、坩埚、真空泵、冷却组件和冷却气体管，真空电阻炉内部设置有环形外加热器和环形内加热器，环形外加热器和环形内加热器底端边缘处的壁厚小于环形加热器其他位置的壁厚，坩埚设置在两环形加热器之间，且均匀对称分布，环形外加热器和环形内加热器之间的间距大于坩埚的直径。每只坩埚底部均设置热交换器，坩埚置于热交换器的顶端，坩埚底部中心与热交换器顶端中心相重合，冷却气体管伸入到真空电阻炉底部，真空泵设置在真空电阻炉的侧面。本实用新型结构简单，实现了多尺寸蓝宝石的生长，也极大的提高了晶体的成晶率。

Description

一种散热均匀生长多尺寸蓝宝石的长晶炉

技术领域

本实用新型涉及长晶炉技术领域，尤其涉及一种散热均匀生长多尺寸蓝宝石的长晶炉。

背景技术

目前，现有的长晶炉，多晶硅碇的成长，主要是透过硅碇底部的石墨散热块以热幅射及对流方式来排除热量，便于形成硅碇晶粒成长所需的过冷区。由于长晶炉设计先天上的缺陷，故现有长晶炉的铸碇技术都普遍的存在底部散热不均的现象。如此一来，往上进行定向垂直长晶时，晶粒成长方向定会杂乱无章，形成局部区域晶体结构错位 缺陷的增加，最终导致硅碇整体转换效率的下降。除此之外，现阶段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的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

针对上述问题，本实用新型提出一种散热均匀生长多尺寸蓝宝石的长晶炉，解决了长晶炉底部散热不均匀以及尺寸和质量不能满足市场需求的问题。

为解决上述问题，本实用新型提出以下技术方案：一种散热均匀生长多尺寸蓝宝石的长晶炉，包括真空电阻炉、环形外加热器、环形内加热器、坩埚、真空泵、冷却组件和冷却气体管，所述真空电阻炉内部设置有环形外加热器和环形内加热器，所述冷却气体管的出口端由真空电阻炉的底部伸入到真空电阻炉内，冷却气体管的入口端与氦气源相通，所述真空泵设置在真空电阻炉的侧面，并通过管道伸入到真空电阻炉的内部，所述环形外加热器和环形内加热器之间均匀设置有多个坩埚，坩埚底部设置有冷却组件，坩埚底部与冷却组件（6）顶端接触，两者中心同轴，所述冷却组件内具有与用于通入冷却介质的冷却介质流通道。

作为本实用新型一种散热均匀生长多尺寸蓝宝石的长晶炉的进一步改进方案为：所述环形外加热器和环形内加热器设置有可调节功率大小的旋钮。

作为本实用新型一种散热均匀生长多尺寸蓝宝石的长晶炉的进一步改进方案为：所述环形外加热器和环形内加热器底端边缘处的壁厚小于环形加热器其他位置的壁厚。

作为本实用新型一种散热均匀生长多尺寸蓝宝石的长晶炉的进一步改进方案为：所述冷却气体管和冷却组件设置有可调节流量大小的阀门。

有益效果

本实用新型采用两种不同直径的环形加热器，将多个坩埚置于两环形加热器之间，且均匀对称分布，这种设置可以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，每只坩埚底部均设置冷却组件，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，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。我们可以根据需要来设置不同大小的坩埚，生长出不同尺寸的晶体。在使用时，把籽晶和需要熔化蓝宝石原料置于坩埚内，其中籽晶要放在坩埚底部的中心处。当真空电阻炉开始升温，坩埚内的原料被加热熔化的同时，使冷却介质流经冷却组件，通过冷却组件对籽晶冷却，使籽晶不会熔化。当冷却介质流量逐渐加大后，则从熔体带走的热量亦相应增加，使籽晶逐渐长大。通过冷却气体管通入冷却气体，用于长晶阶段降温。调节冷却气体的流量就可控制长晶炉内的温度，使得晶体生长在温度梯度场中进行。这样，通过控制冷却介质流量和冷却气体流量，最终使整个坩埚内的熔体全部凝固。本实用新型在晶体生长时，坩埚、晶体和加热区都不移动，这就消除了由于机械运动而产生的熔体涡流，控制冷却组件的温度，使晶体生长在温度梯度场中进行，抑制了熔体的涡流和对流，可以消除固液界面上温度和浓度的波动，以避免晶体造成过多的缺陷。刚生长出来的晶体被熔体所包围，这样就可以控制它的冷却速率，以减少晶体的热应力及由此产生的开裂和位错等缺陷。同时，也可以长出与坩埚形状和尺寸相仿的单晶。本实用新型通过长晶炉内外环形加热器的厚度逐渐变薄，保温效果变差的原理，将固有硅碇底侧边散热较慢的情形加以改善，而达到整体硅碇底部均匀散热的目的。本实用新型结构简单，实现了多尺寸蓝宝石的生长，也极大的提高了晶体的成晶率。

附图说明

图1为本实用新型蓝宝石长晶炉的剖面结构示意图；

图2为本实用新型蓝宝石长晶炉的俯面结构示意图；

图3为本实用新型蓝宝石长晶炉的冷却组件的剖面结构示意图；

图中标记为：1、真电阻空炉，2、环形外加热器，3、环形内加热器，4、坩埚，5、真空泵，6、冷却组件，7、冷却气体管，8、冷却介质流通道。

具体实施方式

如图所示：一种散热均匀生长多尺寸蓝宝石的长晶炉，包括真空电阻炉1、环形外加热器2、环形内加热器3、坩埚4、真空泵5、冷却组件6和冷却气体管7，真空电阻炉1内部设置有环形外加热器2和环形内加热器3，环形外加热器2和环形内加热器3底端边缘处的厚度小于环形加热器其他位置的厚度，我们就可利用环形加热器厚度变薄，保温效果变差的原理，将固有长晶底侧边底边散热较慢的情形加以改善，而达到整体均匀散热的目的。避免了定向垂直长晶时局部区域晶体结构错位缺陷的增加，使整体转换效率得以提升；坩埚4设置在两环形加热器之间，且均匀对称分布，环形外加热器2和环形内加热器3之间的间距大于坩埚4的直径。可以通过设置不同大小的坩埚4来实现不同尺寸晶体的生长，内外加热器可以使坩埚4四周加热，每只坩埚4底部均设置冷却组件6，坩埚4置于冷却组件6的顶端，坩埚4底部中心与冷却组件6顶端中心相重合，冷却组件6内具有与用于通入冷却介质的冷却介质流通道8，通过控制环形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，冷却气体管7的出口端由真空电阻炉1的底部伸入真空电阻炉1内，冷却气体管7的入口端与氦气源相通。通过冷却气体管7通入冷却气体，用于长晶阶段的降温。真空泵5设置在真空电阻炉1的侧面，并通过管道伸入到真空电阻炉1的内部，使用时，加热真空电阻炉1，通过调节环形加热器的电阻大小实现功率的调节，从而达到调节熔体温度的目的，通过真空泵5对真空电阻炉1抽真空，此时，由于氦气流经冷却组件6冷却，使籽晶不会熔化，当气体流量逐渐增大后，则从熔体带走的热量也想应增加，使籽晶逐渐长大，最后使整个坩埚4的熔体全部凝固，真空电阻炉1的底部开有两路通入冷却气体的冷却气体的管路，一路用来冷却籽晶，确保籽晶不被融化掉，另一路用于长晶阶段降温，冷却气体管7和冷却组件6的流量是可控的，可以通过调控流速来控制散热速度。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种散热均匀生长多尺寸蓝宝石的长晶炉，其特征在于：包括真空电阻炉（1）、环形外加热器（2）、环形内加热器（3）、坩埚（4）、真空泵（5）、冷却组件（6）和冷却气体管（7），所述真空电阻炉（1）内部设置有环形外加热器（2）和环形内加热器（3），所述冷却气体管（7）的出口端由真空电阻炉（1）的底部伸入真空电阻炉（1）内，冷却气体管（7）的入口端与氦气源相通，所述真空泵（5）设置在真空电阻炉（1）的侧面，并通过管道与真空电阻炉（1）内部联通，所述环形外加热器（2）和环形内加热器（3）之间均匀设置有多个坩埚（4），坩埚（4）底部设置有冷却组件（6），坩埚（4）底部与冷却组件（6）顶端接触，两者中心同轴，所述冷却组件（6）内具有与用于通入冷却介质的冷却介质流通道（8）。

2.如权利要求 1 所述一种散热均匀生长多尺寸蓝宝石的长晶炉，其特征在于：所述环形外加热器(2)和环形内加热器(3)设置有可调节功率大小的旋钮。

3.如权利要求1所述一种散热均匀生长多尺寸蓝宝石的长晶炉，其特征在于：所述环形外加热器（2）和环形内加热器（3）底端边缘处的壁厚小于环形加热器其他位置的壁厚。

4.如权利要求1所述一种散热均匀生长多尺寸蓝宝石的长晶炉，其特征在于：所述冷却气体管（7）和冷却组件（6）设置有可调节流量大小的阀门。