[實用新型]一種用于定向生長藍寶石單晶的可重復使用坩堝

有效

• 申請號: 201420454472.X
• 申請日: 2014-08-12
• 公開（公告）號: CN204058648U
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發明（設計）人: 李喬;沈葉江;周曉峰
• 申請（專利權）人: 杭州鑄泰科技有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/20
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本實用新型涉及藍寶石的制造領域，具體涉及一種用于定向生長藍寶石單晶的可重復使用坩堝。

背景技術

定向生長藍寶石單晶的方法主要有：熱交換法(HEM，GT)、溫度梯度法(TGT)、坩堝下降法(VGF)等，在這些生長方法中，熱交換法是最具代表性也是運用最為廣泛的一種。

熱交換法(heatexchangermethod，HEM)最早于1967年由美國陸軍原料研究實驗室發明，是生長大尺寸、高質量藍寶石最成熟的方法之一，其晶體生長方向有A、M、R或者C軸，目前通常采用A軸方向，熱交換法的實質在于控制溫度讓熔體直接在坩堝內凝固生長單晶。

熱交換法主要具有以下優點：

1、坩堝、晶體及加熱區都未移動，可避免機械運動產生熔體渦流和熱量對流，避免固液界面濃度和溫度的波動，從而使晶體的均勻性及完整性達到最佳；

2、晶體在生長過程中始終被熔體包圍，可大大降低熱場溫度波動對晶體的熱沖擊，從而減少晶體生長中的熱應力，降低開裂與位錯等缺陷；

3、晶體生長時的固液界面也被熔體包圍，其從下往上的晶體生長方式易于熔液及固液凝固界面排出的雜質及氣泡通過上方的熔液自由表面排出，從而減少晶體中的雜質及氣泡等缺陷；

4、熱交換法可通過調整生長及冷卻過程中的參數實現原位退火，從而避免二次退火，縮短生產周期。

在熱交換法中，坩堝在材料、形狀、尺寸、厚度等方面的不同，將會對藍寶石的單晶生長起到非常關鍵的作用。基于耐高溫、化學性質穩定、以及成本方面等方面的考慮，目前市面上熱交換法生長藍寶石單晶一般選用薄鉬坩堝，每次使用后，都需要通過剝離薄鉬坩堝以取出完整晶體。

一次性的薄鉬坩堝直接導致藍寶石單晶的成本上升，同時，在熔融階段，晶體生長原料中會少量熔入坩堝中所含的鉬元素，導致生長出的藍寶石晶體呈現泛紅特性。

傳統一次性薄鉬坩堝的另一缺陷是必須使用大尺寸(>2英寸)籽晶以確保籽晶不被完全熔化掉，大尺寸籽晶的使用不但增加了籽晶成本，也增加了籽晶中的缺陷及生長晶體位錯增殖的機率，從而影響晶體品質。

在熱交換法生長藍寶石單晶的領域中，迄今為止還沒有出現可重復使用的坩堝，這一方面是因為坩堝與藍寶石單晶的熱膨脹系數不一致，若藍寶石與坩堝有粘附作用，會導致藍寶石單晶與坩堝接觸處的應力增加，使得生長出的藍寶石單晶外部易開裂；另一方面是因為在藍寶石晶體的生長過程中，由于長時間處在高溫環境中，坩堝與與藍寶石單晶發生粘連，很難保證完整地取出藍寶石晶體，而不損壞坩堝。

實用新型內容

本實用新型提供了一種用于定向生長藍寶石單晶的可重復使用坩堝，能夠利用小直徑的籽晶生長藍寶石單晶，降低藍寶石單晶的生產成本，提高藍寶石晶體的品質。

一種用于定向生長藍寶石單晶的可重復使用坩堝，包括坩堝本體，所述坩堝本體的底部設有貫通的籽晶放置區，底部外側設有用于封閉籽晶放置區的可拆卸密封件。

現有技術中廣泛使用的一次性坩堝中，如果要避免籽晶的完全熔化，必須采用較大尺寸的籽晶，而采用本實用新型提供的坩堝，即坩堝本體底部開放的籽晶放置區和可拆卸密封片的配合使用，能夠使籽晶放置段內保持較大的溫度梯度，從而極大地改善晶料熔化過程中籽晶過熔點問題，提高籽晶部分熔化作為晶種的成功率，這使得所使用的籽晶尺寸可以大大減小，同時，能夠提高籽晶的部分重熔，便于在隨后的引晶過程中控制晶體生長精度，減小由籽晶以及在引晶過程中引入的位錯，確保定向生長藍寶石單晶的單晶性。

本實用新型所述的藍寶石單晶是指以氧化鋁或者加入致色金屬的氧化鋁為原料生長的單晶，本實用新型提供的可重復使用坩堝適用于現有技術中的各種熱交換法制備藍寶石單晶的設備，所述坩堝本體具有圓形的橫截面，為了保證生長出的藍寶石單晶的各向同性，優選地，所述籽晶放置區處在坩堝本體的中心部位，且具有圓柱形的結構。

所述籽晶放置區貫通坩堝本體的底部，籽晶放置區的直徑可以依據需要進行選擇，籽晶放置區的直徑不易過小，否則，在熔融階段會出現籽晶的上浮或者完全熔化，優選的，所述籽晶放置區的直徑為5～100mm。再優選，所述籽晶放置區的直徑為5～80mm。進一步優選，所述籽晶放置區的直徑為10～50mm。

為了避免籽晶熔融液的流出，籽晶放置區的底部利用可拆卸密封件進行封閉，在晶體生長的過程中，可拆卸密封件封閉籽晶放置區的底部，防止籽晶熔融液的流出，在晶體生長完成后，將可拆卸密封件由籽晶放置區的底部拆除，由籽晶放置區的開放底部施力，將藍寶石單晶從坩堝本體的開口處推出，保持坩堝本體的完整性，實現坩堝的重復利用。