[發(fā)明專利]藍(lán)寶石單晶制造用冷卻裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210283836.8
• 申請(qǐng)日: 2012-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN103147126A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樸鐘仁;金賢哲;李鐘贊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: BIEMT株式會(huì)社;BIAM株式會(huì)社
• 主分類號(hào): C30B29/20
• 分類號(hào): C30B29/20;C30B35/00
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 竺路玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及藍(lán)寶石單晶制造用冷卻裝置，尤其涉及循環(huán)利用對(duì)坩堝內(nèi)的籽晶進(jìn)行冷卻的冷媒，降低成本的同時(shí)，讓冷卻過程中的冷媒所受熱沖擊最小化，可防止冷媒體積、流量、速度急劇變化的藍(lán)寶石單晶制造用冷卻裝置。

背景技術(shù)

隨著電子技術(shù)的日新月異，顯示器領(lǐng)域?qū)鈱W(xué)、物理性能優(yōu)秀的藍(lán)寶石單晶的需求急劇增長。以氧化鋁單晶為主成分的藍(lán)寶石單晶，其透光性和散熱性優(yōu)秀，是對(duì)這兩項(xiàng)指標(biāo)要求很高的背投電視或LCD模塊基板的核心素材，還作為藍(lán)色LED基板應(yīng)用廣泛。

但藍(lán)寶石在晶體結(jié)構(gòu)上具有異相性，在長晶時(shí)容易發(fā)生裂紋，存在一些技術(shù)難關(guān)。為了得到大小和質(zhì)量滿足要求的藍(lán)寶石單晶，業(yè)界對(duì)各種長晶方法進(jìn)行不斷研究。

現(xiàn)有的長晶方法有焰熔法（Verneuil?Method），布里奇曼法(Bridgman)，定邊膜喂法（EFG;?Edge-Defined?Film-Feed?Growth），喬克拉爾斯基法(Czochralski?Method)，熱交換法（HEM,?Heat?Exchange?Method）。

焰熔法讓氧化鋁粉末經(jīng)過氧氣-氫氣火焰，使之熔化，把溶液滴到籽晶（Seed）上，并讓結(jié)晶旋轉(zhuǎn)下降，獲得結(jié)晶。這一方法可以讓結(jié)晶容易成長，其成本也很低廉，但結(jié)晶成長過程中所受熱沖擊非常高，容易發(fā)生裂紋，從質(zhì)量和大小方面只適合于手表玻璃和裝飾用途，很難他用。

喬克拉爾斯基法(Czochralski?Method)具有可以自由調(diào)節(jié)直徑，長度長，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于藍(lán)寶石單晶等脆弱的材料來說，長晶過程中的高溫度梯度、結(jié)晶旋轉(zhuǎn)上升時(shí)拉單晶機(jī)產(chǎn)生的震動(dòng)、芯部的應(yīng)力集中，直接限制單晶的直徑，其成長軸方向被限制。

定邊膜喂法（EFG;?Edge-Defined?Film-Feed?Growth）與喬克拉爾斯基法類似，雖然可以有效地按所愿形狀長晶，但結(jié)晶的表面存在很多缺陷，結(jié)晶生產(chǎn)效率不高。而從原理層面，降低缺陷對(duì)于該工藝來說幾乎不可能。

熱交換法（HEM,?Heat?Exchange?Method）在溫度均勻的高溫部下端部分、設(shè)置熱交換器、精密控制溫度。因此，在長晶的過程中溫度梯度非常穩(wěn)定，而且沒必要為了固化、移動(dòng)結(jié)晶本身，是直徑和質(zhì)量方面可以獲得最好效果的長晶方式。但作為熱交換媒介、使用高價(jià)氦氣，并用完后廢棄。因此，制造成本過高。

為了解決這一問題，有些技術(shù)方案展示了用水代替高價(jià)氦氣的方案。但水流過籽晶下端的高溫部（約2000攝氏度）時(shí)，從液態(tài)汽化到氣態(tài)，產(chǎn)生劇烈的體積膨脹、由此發(fā)生震動(dòng)，導(dǎo)致結(jié)晶出現(xiàn)雙晶或裂紋等嚴(yán)重缺陷，很難得到高質(zhì)量的單晶。而且無法直接控制高溫部的溫度等，存在很多問題點(diǎn)。

韓國專利公開第2002-56247號(hào)展示了這種用水的技術(shù)方案。但該現(xiàn)有技術(shù)在籽晶下端設(shè)置黑鉛材料熱交換部，在其下部設(shè)置水冷的銅棒，對(duì)黑鉛材料熱交換部的溫度進(jìn)行控制，以此對(duì)籽晶下端的溫度進(jìn)行控制。而籽晶下端的溫度與水冷銅棒的溫度之間有相當(dāng)大的偏差，很難進(jìn)行精密的溫度控制，很難得到高質(zhì)量單晶。

現(xiàn)有技術(shù)1.韓國注冊(cè)專利第10-0573525號(hào)

現(xiàn)有技術(shù)2.韓國公開專利第10-2002-56247號(hào)

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是鑒于如上所述現(xiàn)有技術(shù)的問題而提出的，其目的在于提供一種循環(huán)使用對(duì)設(shè)置于坩堝內(nèi)部的籽晶進(jìn)行冷卻的冷媒，降低制造成本的同時(shí)，讓冷卻過程中的冷媒所受熱沖擊最小化，可防止冷媒體積、流量、速度急劇變化的藍(lán)寶石單晶制造用冷卻裝置。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種藍(lán)寶石單晶制造用冷卻裝置，穩(wěn)定地冷卻氦氣，防止其急劇收縮或循環(huán)速度發(fā)生變化。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種藍(lán)寶石單晶制造用冷卻裝置，分別檢測(cè)供應(yīng)到冷卻部的已加熱的氦氣溫度和由冷卻部排出的已冷卻氦氣溫度，根據(jù)檢測(cè)值調(diào)節(jié)冷卻水的流量，讓氦氣的供應(yīng)溫度維持在一定值。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種藍(lán)寶石單晶制造用冷卻裝置，在冷媒供應(yīng)管和冷媒排出管的連接部位、在冷媒排出管的端部內(nèi)側(cè)角部形成曲面部，防止冷媒流動(dòng)方向改變的部位出現(xiàn)亂流。

為了達(dá)到如上所述的目的，本發(fā)明的藍(lán)寶石單晶制造用冷卻裝置包括形成有位于內(nèi)部底面固定有籽晶結(jié)晶的坩堝下部、向固定有籽晶結(jié)晶的部位供應(yīng)冷媒的供應(yīng)管，把冷卻坩堝下部的冷媒排出的冷媒排出管的冷媒循環(huán)部；由連接冷媒供應(yīng)管的入口和冷媒排出管出口的內(nèi)部管，環(huán)抱所述內(nèi)部管、內(nèi)部有冷媒循環(huán)的外部管形成雙重管結(jié)構(gòu)的第1冷卻部；內(nèi)部形成有裝放所述第1冷卻部的冷卻槽，填充有冷卻水的第2冷卻部。