CN211546720U - 一种蓝宝石长晶炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种蓝宝石长晶炉，通过设置特定位置的保护气体入气管道及相应的出气口，使通入的保护气体可形成炉盖与坩埚盖之间的杂质排斥区，包围着籽晶杆以及晶体生长界面与外界唯一的连通口，即坩埚盖上的籽晶杆插入口，将携有杂质的气流完全隔离在排斥区外，从而实现对杂质所处区域的有效控制，防止其进入坩埚内影响结晶过程，该区域内的钨钼材料也可隔绝氧气不被氧化产生杂质，有效保证了长晶过程中蓝宝石晶体晶格的正常排列，减少晶体缺陷，提升晶体质量及成品良率，同时坩埚盖上的籽晶杆插入口以及其上方大范围热场的清洁度也得到提高，热场的使用寿命延长。
Description
技术领域
本实用新型涉及晶体生长装置技术领域，特别是涉及一种蓝宝石长晶炉。
背景技术
目前的蓝宝石长晶炉中很多部件均采用钨钼产品，尤其是保温层结构，大多都是采用钨材料、钼材料以及氧化锆砖等。在长晶过程中，由于长晶炉内处于高温状态，保温结构材料挥发严重，会使炉内存在大量挥发物杂质，例如保温氧化锆砖内的多种成分长时间受热后便会发生分解进而释放杂质气体并产生氧化亚铁、硅酸钙等杂质，尤其是氧化锆砖内的Fe2O3成分，热分解后会释放出氧气，而钨钼材料在高温下又会与氧气发生反应进一步生成其各自的氧化物杂质。这些杂质不仅会污染热场，还极易跟随炉内热场气流进入蓝宝石生长的熔体内，致使晶体晶格排列发生异常，进而产生晶体缺陷，降低蓝宝石晶体质量，造成一定的良率损失。
现有蓝宝石长晶工艺中设计了多种方法以解决此类问题，其中包括向蓝宝石长晶炉内通入氩气，其目的仅在于通过氩气的流通将保温层释放的杂质和氧气从长晶炉中带走，同时也避免氧气与钨钼材料反应再次生成新的杂质，这种方式虽然能够适当减少杂质的量，但是该装置中剩余的杂质仍会跟随气流充斥在整个炉腔内，导致晶体生长的界面始终暴露于杂质环境中，即由于现有技术并不能控制杂质所处的区域，因此不能完全避免蓝宝石长晶过程受到杂质污染，不能完全保障晶体生长的质量。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种蓝宝石长晶炉，所述长晶炉通过设置特定位置的保护气体入气管道及相应的出气口，使通入长晶炉的保护气体可形成包围着籽晶杆和坩埚盖上籽晶杆插入口的杂质排斥区，有效避免杂质对晶体生长产生影响，减少晶体缺陷，提升晶体良率以及热场清洁度。
为了实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种蓝宝石长晶炉，所述长晶炉包括炉体，所述炉体上有炉盖，所述炉体内有保温结构，所述保温结构包括位于所述炉盖下方的保温层，所述保温层下方有用作蓝宝石晶锭生长容器的坩埚，所述坩埚具有坩埚盖，所述炉盖、保温层和坩埚盖均有籽晶杆插入口；用于夹持籽晶的籽晶杆，所述籽晶杆的一端能穿过所述炉盖、保温层和坩埚盖的籽晶杆插入口伸入到所述坩埚内；以及保护气体入气管道，所述入气管道位于所述炉盖上且端部有出气口，所述出气口位于所述炉盖下表面并包围所述炉盖的籽晶杆插入口，或者所述入气管道与所述籽晶杆同轴，所述入气管道侧壁和/或所述入气管道端部有出气口，且当所述籽晶杆插入坩埚内长晶时，所述出气口位于所述炉盖和所述坩埚盖之间围绕着所述籽晶杆；通过所述入气管道可实现保护气体通入所述长晶炉后在所述炉盖与坩埚盖之间形成杂质排斥区，所述杂质排斥区包围所述籽晶杆和所述坩埚盖的籽晶杆插入口。
作为本实用新型的一种优选方案，当所述入气管道位于所述炉盖上且其端部的出气口位于所述炉盖下表面并包围所述炉盖的籽晶杆插入口时，所述出气口包括一个环状的出气口或多个出气口，所述多个出气口形成环状包围所述炉盖的籽晶杆插入口。
作为本实用新型的一种优选方案，当所述入气管道与所述籽晶杆同轴时，所述入气管道侧壁和/或所述入气管道端部的出气口包括多个，所述多个出气口围绕所述籽晶杆。
作为本实用新型的一种优选方案，所述保护气体入气管道上还连接有流量控制器。
作为本实用新型的一种优选方案，所述长晶炉还包括在所述炉体侧壁上设置的抽气口，且配合所述抽气口安装有压力控制器。
作为本实用新型的一种优选方案，所述保护气体入气管道与外界气体管路相连，所述外界气体管路上设置有三通球阀。
作为本实用新型的一种优选方案，所述保温层包括上保温层和中保温层，所述中保温层设置于所述坩埚盖上方，所述上保温层设置在所述中保温层上方。
作为本实用新型的一种优选方案，所述的保温结构还包括侧部保温氧化锆砖以及保温钼桶，所述氧化锆砖及所述保温钼桶均设置在所述坩埚周围。
作为本实用新型的一种优选方案，所述蓝宝石长晶炉为泡生法长晶炉。
如上所述，本实用新型的有益效果为：
本实用新型提供一种蓝宝石长晶炉，所述长晶炉设置有保护气体入气管道，所述入气管道位于所述炉盖上且端部有出气口，所述出气口位于所述炉盖下表面并包围所述炉盖的籽晶杆插入口，或者所述入气管道与所述籽晶杆同轴，所述入气管道侧壁和/或所述入气管道端部有出气口，且当所述籽晶杆插入坩埚内长晶时，所述出气口位于所述炉盖和所述坩埚盖之间围绕着所述籽晶杆。通过设置特定位置的保护气体入气管道及相应的出气口，使通入的保护气体可形成炉盖与坩埚盖之间的杂质排斥区，包围着籽晶杆以及晶体生长界面与外界唯一的连通口，即坩埚盖上的籽晶杆插入口，将携有杂质的气流完全隔离在排斥区外，从而实现对杂质所处区域的有效控制，防止其进入坩埚内影响结晶过程，该区域内的钨钼材料也可隔绝氧气不被氧化产生杂质，有效保证了长晶过程中蓝宝石晶体晶格的正常排列，减少晶体缺陷，提升晶体质量及成品良率，同时坩埚盖上的籽晶杆插入口以及其上方大范围热场的清洁度也得到提高，热场的使用寿命延长。
附图说明
图1显示为一种现有蓝宝石长晶炉的结构示意图。
图2显示为本实用新型于一实施例中公开的一种蓝宝石长晶炉的结构示意图。
图3显示为本实用新型于一实施例中公开的一种蓝宝石长晶炉的结构示意图。
图4显示为使用现有蓝宝石长晶炉生长的晶体。
图5显示为使用现有蓝宝石长晶炉生长的晶体。
图6显示为使用本实用新型中蓝宝石长晶炉生长的晶体。
图7显示为使用本实用新型中蓝宝石长晶炉生长的晶体。
图8显示为使用现有蓝宝石长晶炉长晶后的炉内热场。
图9显示为使用现有蓝宝石长晶炉长晶后的炉内热场。
图10显示为使用本实用新型中蓝宝石长晶炉长晶后的炉内热场。
图11显示为使用本实用新型中蓝宝石长晶炉长晶后的炉内热场。
附图标号说明：
1. 炉体 9. 保护气体入气管道
2. 炉盖 10. 出气口
3. 蓝宝石晶锭 11. 外界气体管路
4. 坩埚 12. 上保温层
5. 坩埚盖 13. 中保温层
6. 籽晶杆插入口 14. 氧化锆砖
7. 籽晶 15. 钼桶
8. 籽晶杆
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1至图11。须知，本申请实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
在蓝宝石长晶过程中，由于长晶炉内处于高温状态，炉内保温结构材料挥发严重，会使炉内存在大量挥发物杂质，例如保温氧化锆砖14内的多种成分长时间受热后便会发生分解进而释放杂质气体并产生氧化亚铁、硅酸钙等杂质，尤其是氧化锆砖14内的Fe2O3成分，热分解后会释放出氧气，而钨钼材料在高温下又会与氧气发生反应进一步生成其各自的氧化物杂质，这些杂质会跟随炉内热场气流流动，从而通过坩埚盖上的籽晶杆插入口进入蓝宝石生长的熔体内，影响蓝宝石长晶过程，如图1中虚线箭头所指，即为现有蓝宝石长晶炉炉内热场中携有杂质的气流流动方向。
现有蓝宝石长晶工艺中设计了多种方法以解决此类问题，其中包括向蓝宝石长晶炉内通入氩气，通入氩气后通过氩气在整个炉腔内的流通将保温层释放的杂质和氧气从长晶炉中带走，同时也避免氧气与钨钼材料反应再次生成新的杂质，这种方式虽然能够适当减少杂质的量，但是该装置中剩余的杂质仍会跟随气流充斥在整个炉腔内，导致晶体生长的界面始终暴露于杂质环境中，即由于现有技术并不能控制杂质所处的区域，因此不能完全避免蓝宝石长晶过程受到杂质污染，不能完全保障晶体生长的质量。而本实用新型的创新点正是在于可实现对杂质所处区域的有效控制，从而实现对长晶区域的有力保护，本实用新型设计的长晶炉通过设置特定位置的保护气体入气管道及相应的出气口，使通入的保护气体可形成炉盖与坩埚盖之间的杂质排斥区，将籽晶杆以及晶体生长界面与外界唯一的连通口，即坩埚盖上的籽晶杆插入口全部包围起来，将携有杂质的气流隔离在排斥区外，从而实现对杂质所处区域的有效控制，防止其进入坩埚内影响结晶过程，大大提升了晶体生长的质量以及热场清洁度。
实施例一：
本实施例提供一种蓝宝石长晶炉，所述长晶炉包括炉体1，所述炉体1上有炉盖2，所述炉体1内有保温结构，所述保温结构包括位于所述炉盖2下方的保温层，所述保温层下方有用作蓝宝石晶锭3生长容器的坩埚4，所述坩埚4具有坩埚盖5，所述炉盖2、保温层和坩埚盖5均有籽晶杆插入口6；用于夹持籽晶7的籽晶杆8，所述籽晶杆8的一端能穿过所述炉盖2、保温层和坩埚盖5的籽晶杆插入口6伸入到所述坩埚4内；以及保护气体入气管道9，所述入气管道9位于所述炉盖2上且端部有出气口10，所述出气口10位于所述炉盖2下表面并包围所述炉盖2的籽晶杆插入口6，通过所述入气管道9可实现保护气体通入所述长晶炉后在所述炉盖2与坩埚盖5之间形成杂质排斥区，所述杂质排斥区包围所述籽晶杆8和所述坩埚盖5的籽晶杆插入口6，如图2所示，其中虚线箭头所指为本实施例中提供的长晶炉炉内的杂质气流流动方向，实线箭头所指为保护气体的流动方向，虚线框区域即为所形成的杂质排斥区。
可选地，当所述入气管道9位于所述炉盖2上且其端部的出气口10位于所述炉盖2下表面并包围所述炉盖2的籽晶杆插入口6时，所述出气口10包括一个环状的出气口或多个出气口，所述多个出气口形成环状包围所述炉盖2的籽晶杆插入口6，保护气体通入后所形成的杂质排斥区为环形区域。
本实施例中的长晶炉通过在炉盖上设置保护气体入气管道，同时使其端部的出气口位于炉盖下表面并包围炉盖的籽晶杆插入口，使通入的保护气体可形成炉盖与坩埚盖之间的杂质排斥区，包围着籽晶杆以及晶体生长界面与外界唯一的连通口，即坩埚盖上的籽晶杆插入口，利用杂质排斥区内的保护气体气流改变携有杂质的气流流向，将杂质的气流完全隔离在排斥区外，从而实现对杂质所处区域的有效控制，防止其进入坩埚内影响结晶过程，该区域内的钨钼材料也可隔绝氧气不被氧化产生杂质，有效保证了长晶过程中蓝宝石晶体晶格的正常排列，减少晶体缺陷，提升晶体质量及成品良率，同时坩埚盖上的籽晶杆插入口以及其上方大范围热场的清洁度也得到提高，热场的使用寿命延长。
可选地，所述保护气体入气管道9上还连接有流量控制器。
可选地，所述长晶炉还包括在所述炉体1侧壁上设置的抽气口，且配合所述抽气口安装有压力控制器。
可选地，所述保护气体入气管道9与外界气体管路11相连，所述外界气体管路11上设置有三通球阀。
可选地，所述保温层包括上保温层12和中保温层13，所述中保温层13设置于所述坩埚盖5上方，所述上保温层12设置在所述中保温层13上方。
可选地，所述的保温结构还包括侧部保温氧化锆砖14以及保温钼桶15，所述氧化锆砖14及所述保温钼桶15均设置在所述坩埚4周围。
可选地，所述的蓝宝石长晶炉中上保温层12和/或中保温层13为钨钼材质。
可选地，所述保护气体为高纯度惰性气体，包括氩气、氦气或氮气等。
可选地，所述蓝宝石长晶炉为泡生法长晶炉。
实施例二：
本实施例提供一种蓝宝石长晶炉，所述长晶炉的基本结构与实施例一中相同，在此不再赘述，其与实施例一的区别在于：所述入气管道9与所述籽晶杆8同轴，所述入气管道9侧壁和/或所述入气管道9端部有出气口10，且当所述籽晶杆8插入坩埚4内长晶时，所述出气口10位于所述炉盖2和所述坩埚盖5之间围绕着所述籽晶杆8，通过所述入气管道9可实现保护气体通入所述长晶炉后在所述炉盖2与坩埚盖5之间形成杂质排斥区，所述杂质排斥区包围所述籽晶杆8和所述坩埚盖5的籽晶杆插入口6，如图3所示，其中虚线箭头所指为本实施例中提供的长晶炉炉内的杂质气流流动方向，实线箭头所指为保护气体的流动方向，虚线内部区域即为所形成的杂质排斥区。
可选地，当所述入气管道9与所述籽晶杆8同轴时，所述入气管道9侧壁和/或所述入气管道9端部的出气口10包括多个，所述多个出气口围绕所述籽晶杆8。
本实施例中的长晶炉通过设置与籽晶杆同轴的保护气体入气管道，且当所述籽晶杆插入坩埚内长晶时，设置入气管道侧壁和/或所述入气管道端部的出气口位于所述炉盖和所述坩埚盖之间围绕着所述籽晶杆，使得通入的保护气体可形成炉盖与坩埚盖之间的杂质排斥区，包围着籽晶杆以及晶体生长界面与外界唯一的连通口，即坩埚盖上的籽晶杆插入口，利用杂质排斥区内的保护气体气流改变携有杂质的气流流向，将杂质的气流完全隔离在排斥区外，从而实现对杂质所处区域的有效控制，防止其进入坩埚内影响结晶过程，该区域内的钨钼材料也可隔绝氧气不被氧化产生杂质，有效保证了长晶过程中蓝宝石晶体晶格的正常排列，减少晶体缺陷，提升晶体质量及成品良率，同时坩埚盖上的籽晶杆插入口以及其上方大范围热场的清洁度也得到提高，热场的使用寿命延长。
本实用新型的长晶炉与现有长晶炉的使用效果对比如图4-11所示，其中图4和5中为使用现有蓝宝石长晶炉生长的蓝宝石晶体，可明显看出受杂质的影响晶体出现了很多不良缺陷，采用本实用新型的蓝宝石长晶炉后生长的晶体如图6和7所示，晶体生长没有受到杂质影响，其晶格排列正常，品质优异；图8和9中为使用现有蓝宝石长晶炉长晶后的炉内热场，可以看出炉内热场污染严重，不仅不利于清洁，还可能对热场的使用寿命产生影响，采用本实用新型的蓝宝石长晶炉长晶后的炉内热场如图10和11所示，热场的清洁度有了明显的提高。
综上所述，本实用新型提供了一种蓝宝石长晶炉，通过设置特定位置的保护气体入气管道及相应的出气口，使通入的保护气体可形成炉盖与坩埚盖之间的杂质排斥区，包围着籽晶杆以及晶体生长界面与外界唯一的连通口，即坩埚盖上的籽晶杆插入口，将携有杂质的气流完全隔离在排斥区外，从而实现对杂质所处区域的有效控制，防止其进入坩埚内影响结晶过程，该区域内的钨钼材料也可隔绝氧气不被氧化产生杂质，有效保证了长晶过程中蓝宝石晶体晶格的正常排列，减少晶体缺陷，提升晶体质量及成品良率，同时坩埚盖上的籽晶杆插入口以及其上方大范围热场的清洁度也得到提高，热场的使用寿命延长。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的结构及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种蓝宝石长晶炉，其特征在于，所述长晶炉包括炉体，所述炉体上有炉盖，所述炉体内有保温结构，所述保温结构包括位于所述炉盖下方的保温层，所述保温层下方有用作蓝宝石晶锭生长容器的坩埚，所述坩埚具有坩埚盖，所述炉盖、保温层和坩埚盖均有籽晶杆插入口；用于夹持籽晶的籽晶杆，所述籽晶杆的一端能穿过所述炉盖、保温层和坩埚盖的籽晶杆插入口伸入到所述坩埚内；以及保护气体入气管道，所述入气管道位于所述炉盖上且端部有出气口，所述出气口位于所述炉盖下表面并包围所述炉盖的籽晶杆插入口，或者所述入气管道与所述籽晶杆同轴，所述入气管道侧壁和/或所述入气管道端部有出气口，且当所述籽晶杆插入坩埚内长晶时，所述出气口位于所述炉盖和所述坩埚盖之间围绕着所述籽晶杆；通过所述入气管道可实现保护气体通入所述长晶炉后在所述炉盖与坩埚盖之间形成杂质排斥区，所述杂质排斥区包围所述籽晶杆和所述坩埚盖的籽晶杆插入口。
2.根据权利要求1所述的一种蓝宝石长晶炉，其特征在于，当所述入气管道位于所述炉盖上且其端部的出气口位于所述炉盖下表面并包围所述炉盖的籽晶杆插入口时，所述出气口包括一个环状的出气口或多个出气口，所述多个出气口形成环状包围所述炉盖的籽晶杆插入口。
3.根据权利要求1所述的一种蓝宝石长晶炉，其特征在于，当所述入气管道与所述籽晶杆同轴时，所述入气管道侧壁和/或所述入气管道端部的出气口包括多个，所述多个出气口围绕所述籽晶杆。
4.根据权利要求1所述的一种蓝宝石长晶炉，其特征在于，所述保护气体入气管道上还连接有流量控制器。
5.根据权利要求1所述的一种蓝宝石长晶炉，其特征在于，所述长晶炉还包括在所述炉体侧壁上设置的抽气口，且配合所述抽气口安装有压力控制器。
6.根据权利要求1所述的一种蓝宝石长晶炉，其特征在于，所述保护气体入气管道与外界气体管路相连，所述外界气体管路上设置有三通球阀。
7.根据权利要求1所述的一种蓝宝石长晶炉，其特征在于，所述保温层包括上保温层和中保温层，所述中保温层设置于所述坩埚盖上方，所述上保温层设置在所述中保温层上方。
8.根据权利要求1所述的一种蓝宝石长晶炉，其特征在于，所述的保温结构还包括侧部保温氧化锆砖以及保温钼桶，所述氧化锆砖及所述保温钼桶均设置在所述坩埚周围。
9.根据权利要求1所述的一种蓝宝石长晶炉，其特征在于，所述蓝宝石长晶炉为泡生法长晶炉。
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|---|---|---|---|---|
| CN116926660A (zh) * | 2023-09-18 | 2023-10-24 | 内蒙古晶环电子材料有限公司 | 蓝宝石晶体生长炉 |
| CN116926661A (zh) * | 2023-09-19 | 2023-10-24 | 内蒙古晶环电子材料有限公司 | 蓝宝石晶体生长炉及蓝宝石晶体生长方法 |
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2019
- 2019-12-24 CN CN201922348794.1U patent/CN211546720U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
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