[實用新型]泡生法藍寶石單晶爐保溫結構

有效

• 申請號: 201420291904.X
• 申請日: 2014-06-04
• 公開（公告）號: CN203923453U
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 左洪波;楊鑫宏;張學軍;李鐵
• 申請（專利權）人: 哈爾濱奧瑞德光電技術股份有限公司
• 主分類號: C30B17/00
• 分類號: C30B17/00;C30B29/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

（一）技術領域

本實用新型涉及一種藍寶石單晶爐保溫結構，具體涉及一種改進的泡生法生長大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構。

（二）背景技術

藍寶石單晶具有優異的光學、力學、熱學及化學等綜合性能，被廣泛應用于航空航天、軍事與民用工業、電子技術等眾多領域，是目前GaN藍光LED外延襯底片的首選材料。商業化生長藍寶石晶體的方法主要有泡生法、熱交換法、提拉法、VHGF法等，其中泡生法因擁有綜合的技術和成本優勢，在市場上占據主導地位。

泡生法生長藍寶石單晶對爐內溫場要求非常嚴格，只有爐內溫場合理、穩定，才有可能生長出高品質藍寶石單晶。對于大尺寸藍寶石單晶的生長來說，還要求熱場在軸向能夠形成足夠大的溫度梯度。因此，單晶爐的設計，尤其是熱場的設計對于能否生長出高品質、大尺寸藍寶石單晶非常重要。

熱場主要受加熱體、保溫結構及冷卻系統設計的影響。泡生法藍寶石單晶爐的保溫結構通常采用鉬片做隔熱屏，然而，使用幾個工藝后經常因為破損或變形需要更換。若未及時更換，則會因某個方向熱量流失過快而造成爐內溫場不均勻，進而出現晶體粘堝或生長不穩定等現象。另外，保溫效果不好及頻繁更換隔熱屏也會使晶體生產成本增加。

（三）發明內容

本實用新型提供一種能夠使熱場在軸向具備較大的溫度梯度，形成適于生長高品質、大尺寸藍寶石單晶熱場結構的泡生法藍寶石單晶爐保溫結構。

本實用新型的目的是這樣實現的：它包括上部保溫結構、側部保溫結構和底部保溫結構，上部保溫結構是由圓形鉬隔熱屏及耐高溫陶瓷或纖維層組成，側部保溫結構由三部分組成，最里層為底部有圓形通孔的內表面拋光旋壓鉬筒，內表面拋光旋壓鉬筒外為陶瓷或纖維保溫筒，陶瓷或纖維保溫層外為與里層結構相同、規格不同的鉬筒，兩層鉬筒與陶瓷或纖維筒在側部形成夾層結構。整個夾層結構外為數層等間距的鉬筒隔熱屏，最外層鉬筒與爐體不銹鋼桶之間為填充的氧化鋁空心球；底部保溫結構包括耐高溫陶瓷或纖維保溫結構、多層鉬片隔熱屏結構及最底層的氧化鋁纖維磚結構，三層結構中心留有與支柱直徑相匹配的圓形通孔。

本實用新型還有這樣一些特征：

1、所述的上部保溫結構的頂部為鉬片包圍密封的陶瓷或纖維保溫層，底部為5~10層圓形鉬片隔熱屏，通過不銹鋼支架整體用鉬螺栓和配套螺母連接固定，并在中心留有觀察孔。

2、所述的側部保溫結構中最里層內表面拋光旋壓鉬筒厚度為2~4mm，內表面拋光旋壓鉬筒外為一體或由4~8塊厚度為15~40mm耐高溫陶瓷或纖維材料拼接而成的保溫筒，相鄰耐高溫陶瓷或纖維材料之間通過定位凹槽和突起固定，保溫筒外部鉬筒壁厚為0.5~2mm。用鉚釘在頂部固定兩層鉬筒，形成夾層結構。

3、所述的側部保溫結構中在夾層結構外為3~6層鉬筒隔熱屏，厚度為0.2~0.4mm，相鄰鉬筒層間用弧形鉬片支撐。

4、所述的底部保溫結構中頂層的耐高溫陶瓷或纖維材料保溫層厚度為15~30mm，鉬片隔熱屏為10~15層。

本實用新型在前期授權專利號ZL200920100239.0與ZL201320222749.1中公布的冷心放肩微量提拉法（改進的泡生法）藍寶石單晶生長爐結構的基礎上，對藍寶石單晶爐的保溫結構進行改進，以便增強泡生法藍寶石單晶爐的保溫效果，減小熱量流失，進而達到節約能源、降低成本的目的。同時，使熱場在軸向具備較大的溫度梯度，形成適于生長高品質、大尺寸藍寶石單晶的熱場結構。氧化鋯、碳纖維、氧化鎂等材料以其耐高溫、導熱系數小的特點，在高溫隔熱應用方面具有獨特優勢。

本實用新型的有益效果有：

1.本實用新型的單晶爐保溫結構中，側部保溫內層為內表面拋光旋壓鉬筒，因表面光潔度好，熱輻射反射率高，減少了熱量損失，進而降低了晶體生長的電耗成本。

2.本實用新型的單晶爐保溫結構中，側部保溫鉬筒-耐高溫陶瓷或纖維-鉬筒的夾層設計隔熱材料既可以利用耐高溫陶瓷或纖維材料保溫效果好的優勢，又可以有效控制因陶瓷或纖維保溫層純度較低，高溫下雜質揮發造成的污染。

3.本實用新型的單晶爐保溫結構中，旋壓鉬筒為半封閉結構，與傳統側隔熱屏與下隔熱屏相互獨立設計來說，避免了由于鉬屏變形使某個方向熱量流失過快而造成爐內溫場不均勻，進而出現晶體粘堝或生長不穩定等現象。