[發(fā)明專利]一種成型藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)方法及設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210037678.8
• 申請(qǐng)日: 2012-02-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103255477B
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 維塔利·塔塔琴科;劉一凡;帕維爾·斯萬(wàn)諾夫;李東振;王東海;陳文淵;朱枝勇;牛沈軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇中電振華晶體技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C30B29/20
• 分類號(hào): C30B29/20;C30B15/34;C30B15/28
• 代理公司: 北京一格知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11316
• 代理人: 滑春生

1.一種成型藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟S1、將設(shè)定重量的高純藍(lán)寶石塊料或粉料裝入一坩堝中；所述坩堝的上部呈長(zhǎng)方體形狀，底部呈半圓柱面形狀；所述坩堝上部?jī)?nèi)還設(shè)有半圓柱面的內(nèi)坩堝，內(nèi)坩堝上部連有一根細(xì)管，內(nèi)坩堝的材料為與藍(lán)寶石熔體具有浸潤(rùn)性的耐高溫材料或其合金材料；內(nèi)坩堝放在藍(lán)寶石料上，放置時(shí)保證內(nèi)坩堝上的細(xì)管和籽晶的同軸度；

步驟S2、將晶體生長(zhǎng)爐抽真空，真空度為～10^-3Pa；

步驟S3、通過(guò)加熱器控制晶體生長(zhǎng)爐升溫至2000-2100℃，待藍(lán)寶石熔化成熔體；熔體通過(guò)內(nèi)坩堝上部的細(xì)管依據(jù)毛細(xì)管原理上升到細(xì)管頂部，形成熔體膜；

步驟S4、下籽晶，進(jìn)行引晶；

步驟S5、引晶后以降電壓的方式長(zhǎng)晶，長(zhǎng)晶的速度從上稱重傳感器的重量變化信號(hào)獲得，以此來(lái)精確控制；待內(nèi)坩堝下的熔體幾乎全部結(jié)晶后，緩緩提拉結(jié)晶體，內(nèi)坩堝上部的熔體下降到坩堝底部和結(jié)晶體之間的縫隙中，繼續(xù)結(jié)晶，這一過(guò)程稱為低液面長(zhǎng)晶；熱傳遞過(guò)程僅為簡(jiǎn)單的傳導(dǎo)過(guò)程，在結(jié)晶界面和坩堝之間的溫度分布接近線性分布，可以獲得高質(zhì)量的結(jié)晶體；

步驟S6、進(jìn)行晶體的退火處理，退火溫度1600～2000℃，退火時(shí)間100hr；

步驟S7、以10～60℃/h的速度緩慢降溫；

步驟S8、爐內(nèi)溫度降至室溫后，取出晶棒，加工。

2.一種成型藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟1、將設(shè)定重量的高純藍(lán)寶石塊料或粉料裝入一坩堝中；所述坩堝包括上部坩堝、下部坩堝，上部坩堝內(nèi)設(shè)有一內(nèi)坩堝；所述內(nèi)坩堝上部連有一根細(xì)管，內(nèi)坩堝放在藍(lán)寶石料上，放置時(shí)要保證內(nèi)坩堝上的細(xì)管和籽晶的同軸度；

步驟2、將晶體生長(zhǎng)爐抽真空，真空度為～10^-3Pa；

步驟3、通過(guò)加熱器控制晶體生長(zhǎng)爐升溫至2000-2100℃，待藍(lán)寶石熔化成熔體；熔體通過(guò)內(nèi)坩堝上部的細(xì)管依據(jù)毛細(xì)管原理上升到細(xì)管頂部，形成熔體膜；

步驟4、下籽晶，進(jìn)行引晶；

步驟5、引晶后以降電壓的方式長(zhǎng)晶；

步驟6、進(jìn)行晶體的退火處理；

步驟7、取出晶棒，加工。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成型藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于：

所述步驟5進(jìn)一步包括：長(zhǎng)晶的速度從上稱重傳感器的重量變化信號(hào)獲得，以此來(lái)精確控制；待內(nèi)坩堝下的熔體幾乎全部結(jié)晶后，緩緩提拉結(jié)晶體，內(nèi)坩堝上部的熔體下降到坩堝底部和結(jié)晶體之間的縫隙中，繼續(xù)結(jié)晶，這一過(guò)程稱為低液面長(zhǎng)晶；熱傳遞過(guò)程僅為簡(jiǎn)單的傳導(dǎo)過(guò)程，在結(jié)晶界面和坩堝之間的溫度分布接近線性分布，可獲得高質(zhì)量的結(jié)晶體。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成型藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于：

所述上部坩堝呈長(zhǎng)方體形狀，下部坩堝呈半圓柱面形狀；所述內(nèi)坩堝呈半圓柱面形狀，內(nèi)坩堝的直徑小于坩堝的直徑；內(nèi)坩堝的材料為與藍(lán)寶石熔體具有浸潤(rùn)性的耐高溫材料或其合金材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的成型藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于：

所述內(nèi)坩堝的材料為鉬、鎢、銥、鉭中的一種或其合金。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的成型藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于：

所述細(xì)管直徑為6-12mm。

7.一種成型藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括：晶體生長(zhǎng)爐、加熱器、坩堝、內(nèi)坩堝、稱重系統(tǒng)；

所述坩堝內(nèi)設(shè)置所述內(nèi)坩堝，內(nèi)坩堝上部有一根細(xì)管，起到毛細(xì)管的作用，用以獲得一個(gè)高于自由液面的小界面，以便于引晶；內(nèi)坩堝放在藍(lán)寶石料上，保證內(nèi)坩堝上的細(xì)管和籽晶的同軸度；

所述細(xì)管處為冷心的位置，隨著溫度的下降，晶體開(kāi)始生長(zhǎng)；由稱重系統(tǒng)精確控制晶體生長(zhǎng)的速率，待內(nèi)坩堝下的熔體幾乎全部結(jié)晶后，提拉結(jié)晶體，內(nèi)坩堝上部的熔體下降到坩堝底部，繼續(xù)結(jié)晶；熱傳遞過(guò)程僅為簡(jiǎn)單的傳導(dǎo)過(guò)程，在結(jié)晶界面和坩堝之間的溫度分布接近線性分布，可獲得高質(zhì)量的結(jié)晶體。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成型藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于：

所述坩堝包括上部坩堝、下部坩堝，上部坩堝內(nèi)設(shè)置內(nèi)坩堝；所述上部坩堝呈長(zhǎng)方體形狀，下部坩堝呈半圓柱面形狀；所述內(nèi)坩堝呈半圓柱面形狀，內(nèi)坩堝的直徑小于坩堝的直徑；

所述內(nèi)坩堝的材料為與藍(lán)寶石熔體具有浸潤(rùn)性的耐高溫材料或其合金材料。