[實(shí)用新型]單晶爐用坩堝蓋

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220590125.0
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN202898600U
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左洪波;張學(xué)軍;鄭海濤;丁廣博;吳俁
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱奧瑞德藍(lán)寶石制品有限公司
• 主分類號: C30B29/20
• 分類號: C30B29/20;C30B35/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

（一）技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于大尺寸藍(lán)寶石單晶生長爐技術(shù)，具體涉及大尺寸藍(lán)寶石單晶的單晶爐用坩堝蓋。?

（二）背景技術(shù)

藍(lán)寶石是一種氧化鋁（Al₂O₃）單晶，屬于六方晶系，其硬度很高，莫氏硬度為9，僅次于金剛石。它還具有耐腐蝕、耐高溫、光學(xué)透過性好等優(yōu)點(diǎn)，可以用在各種極端或特殊環(huán)境中作為窗口材料。另外，藍(lán)寶石相較目前其它半導(dǎo)體襯底材料，具有較好的性價(jià)比，因此在半導(dǎo)體照明方面得到廣泛應(yīng)用。?

隨著精密微電子技術(shù)、半導(dǎo)體照明技術(shù)、航空航天、及紅外軍事裝備等領(lǐng)域的不斷發(fā)展對生長出藍(lán)寶石晶錠的質(zhì)量、尺寸提出了更高的要求。尤其是光學(xué)級大尺寸藍(lán)寶石材料，由于其具有性能穩(wěn)定、市場需求量大、綜合利用率及產(chǎn)品附加值高等特點(diǎn)，成為近年國內(nèi)外研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化熱點(diǎn)。低成本、高品質(zhì)地生長大尺寸藍(lán)寶石晶體是當(dāng)前面臨的迫切任務(wù)，其生長技術(shù)也成為世界各國關(guān)注的難點(diǎn)和重點(diǎn)之一。?

藍(lán)寶石晶體生長溫度約為2050℃，在生長藍(lán)寶石單晶，尤其是大尺寸藍(lán)寶石單晶時(shí),為保持爐內(nèi)溫度，控制合理的溫度梯度，對保溫系統(tǒng)的要求較為苛刻。保溫結(jié)構(gòu)包括坩堝蓋、上下隔熱屏、保溫筒、保溫填料需要等。由于藍(lán)寶石單晶的生長溫度高，因此，要求保溫材料具有較高的機(jī)械和熱負(fù)載能力。加強(qiáng)低溫區(qū)的保溫,?控制溫度梯度和高溫區(qū)的過熱溫度,?以保證晶體不開裂,?生長界面穩(wěn)定與熔體不局部成核結(jié)晶。?

另外，生長高品質(zhì)、高熔點(diǎn)的藍(lán)寶石晶體，要求生長環(huán)境相對純凈。若采用低熔點(diǎn)材料保溫，在高溫生長環(huán)境下會揮發(fā)，并進(jìn)入晶體內(nèi)部。雖然部分雜質(zhì)（例如炭雜質(zhì)）可以通過退火工藝可以消除，但雜質(zhì)取出后所留下的原子空位卻無法消除，對晶體品質(zhì)造成不良影響。?

坩堝蓋位于坩堝的上方，接受熱輻射最多。坩堝蓋上方設(shè)有上隔熱屏，其外部即為普通不銹鋼制作的爐蓋。為保持爐內(nèi)溫度、防止過高的溫度對爐殼造成損害，坩堝蓋必須有很好的隔熱效果。另外，坩堝蓋上需要預(yù)留出籽晶插孔及觀察窗的位置，坩堝蓋的設(shè)計(jì)對于整個(gè)溫場的控制非常重要，這就要求我們必須開發(fā)出符合生產(chǎn)要求的坩堝蓋。?

（三）實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠形成均勻穩(wěn)定的溫場，徑向溫度梯度分布合理的能夠生長31kg以上大尺寸藍(lán)寶石單晶的單晶爐用坩堝蓋。?

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：它采用圓形多層鉬片1制成，多層鉬片1上開有圓形中心孔4，中心孔直徑由上到下逐漸變小。多層鉬片采用多組鉬螺栓2和配套鉬螺母3連接并固定，多層鉬片1間通過鉬螺母3隔開。?

本實(shí)用新型還有這樣一些技術(shù)特征：?

1、所述的多層鉬片采用金屬鉬制成，鉬片數(shù)量為5~10片，外徑為250~400mm，最上層1~2片厚度為2~3mm，最下層1~2片厚度為3~5mm，中間層鉬片厚度為1~2mm；??

2、所述的多層鉬片上開有圓形中心孔，中心孔與上隔熱屏圓形中心孔同心。中心孔直徑從上到下逐漸縮小，最上層鉬片圓形中心孔直徑100~200mm，從上到下每層鉬片中心孔直徑比上一層小5~20mm；??

3、所述的多層鉬片用鉬螺栓相連，鉬片之間用高度為5~12mm的鉬螺母隔開，6~10個(gè)鉬螺栓均勻分布在距圓周10~20mm處；??

4、所述的多層鉬片從上至下，分別以2~5層為最上層，以相同方式用6~10個(gè)鉬螺栓依次連結(jié)固定2~6層、3~6層、4~6層及5~6層鉬片，相鄰兩層鉬片之間同樣用相應(yīng)數(shù)量的鉬螺母分隔鉬片；?

5、所述的鉬螺栓相鄰層交錯(cuò)分布，鉬螺栓螺桿位于距上面一層鉬片圓形中心孔圓周的5~10mm處。?

本實(shí)用新型的有益效果在于：?

1.?由于在真空環(huán)境下主要以熱輻射形式傳熱，通過調(diào)整鉬片厚度、間距以及圓形中間孔尺寸，能夠獲得均勻穩(wěn)定的溫場，形成適合于31kg以上大尺寸藍(lán)寶石生長的徑向溫度梯度，大大提高了大尺寸藍(lán)寶石晶體質(zhì)量。?

2.?晶體在2000℃左右的高溫下生長，且生長時(shí)間長，坩堝蓋下層所處區(qū)域溫度最高，因此會有較多的鉬揮發(fā)。采用上面1~2層鉬片較厚、中間較薄、下面1~2層最后的結(jié)構(gòu)，這樣即可以保證坩堝蓋具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)又可以合理控制成本，延長整個(gè)坩堝蓋的使用壽命。?

3.?由于多層鉬片從上到下內(nèi)部孔徑逐漸減小，從上至下鉬片，依次以其為最上層，用鉬螺栓及螺母連接固定其下所有層，可以起到對鉬片較好的定位支撐作用，防止鉬片在反復(fù)加熱冷卻過程中的變形。這樣既可以盡量減少內(nèi)部溫場的變化，又可以延長坩堝蓋的使用壽命。?