一种导模法晶体生长装置及方法制造方法及图纸

本申请涉及晶体制备技术领域，尤其涉及一种导模法晶体生长装置及方法。该装置包括第一炉体、第二炉体、用于升降籽晶的第一升降装置和用于升降预制原料棒的第二升降装置，第一升降装置设于第一炉体顶部，第二升降装置设于第二炉体顶部，第一炉体内设置有第一坩埚，第一坩埚内设置有导模模具，第一坩埚内熔体通过导模模具与籽晶接触实现晶体生长，第二炉体内设有用于原料化料的第二坩埚。第一炉体和第二炉体相对的两个侧壁分别设有第一开口和第二开口；连通部，连通部的第一端穿过第一开口与第一坩埚连通，连通部的第二端穿过第二开口与第二坩埚连通，以使第二坩埚内的熔体通过连通部进入第一坩埚内，向第一坩埚持续供料，生长大尺寸的晶体。尺寸的晶体。尺寸的晶体。

【技术实现步骤摘要】
一种导模法晶体生长装置及方法


[0001]本专利技术涉及晶体制备
，特别是涉及一种导模法晶体生长装置及方法。

技术介绍

[0002]蓝宝石是一种氧化铝的单晶，具有优良的物理、化学、光学性能。正是由于蓝宝石独有的光学物理特性，常被用作LED器件的衬底，以及前激光、引力波干涉仪、透明装甲、红外窗口材料等其它工业民用和可穿戴消费类电子产品。
[0003]其中，导模法(Edge
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fed Growth，EFG法)是常用的蓝宝石晶体生长方法。导模法是一种借助模具将溶液通过毛细作用输运至模具顶部生长成晶体的生长方法。通过加热器加热，将坩埚内的氧化铝原料融化成熔体，模具放在坩埚底部，使熔融液体的氧化铝原料通过模具的毛细作用输运至模具顶部，存放在毛细缝隙中。此时将籽晶缓慢下降，与模具上表面接触，使籽晶微微融，此时籽晶与模具之间形成一层薄薄的液膜，然后通过变速的提拉籽晶，使液膜不断凝固形成单晶，晶体形状由模具形状决定。使用导模法生长晶体的过程中，一般都是根据坩埚容积填装对应体积的氧化铝原料，使液面尽可能的处于高位，保证能够生长足够大尺寸的晶体。
[0004]为了满足生长大尺寸蓝宝石晶体的需要，常用的方法有两种，一种是通过一次性向坩埚内投入原料，投入多少原料生长出多重的晶体，晶体尺寸极大的受限制；一种是增加坩埚的体积，比如增加坩埚的直径大小或者增加坩埚的深度，通过增加坩埚直径的方法增加坩埚内装填原料的体积，通过增加坩埚深度的方法增加坩埚内装填原料的体积，使得熔体需要爬升较大的距离，当原料液位过浅时，熔体爬升高度不够，容易出现毛细作用的供料通道打断的情形，容易出现毛细作用的供料通道中断，难以满足生长较大尺寸的蓝宝石晶体。以上两种方法都难以生长出较大尺寸的光学均匀的蓝宝石晶体。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的目的在于提供一种导模法晶体生长装置及方法，以实现蓝宝石晶体的连续生长，从而生长出较大尺寸的光学均匀的蓝宝石晶体。具体技术方案如下：
[0006]本申请第一方面提供一种导模法晶体生长装置，包括：第一炉体、第二炉体、第一升降装置和第二升降装置，所述第一升降装置设于所述第一炉体的顶部，所述第二升降装置设于所述第二炉体的顶部，所述第一升降装置用于升降籽晶，所述第二升降装置用于升降预制原料棒；所述第一炉体内设置有第一坩埚，所述第一坩埚内设置有导模模具，所述第一坩埚内的熔体通过所述导模模具与所述籽晶接触，以实现晶体生长，所述第二炉体内设置有第二坩埚，所述第二坩埚用于原料化料；所述第一炉体和所述第二炉体相对的两个侧壁分别设有第一开口和第二开口；连通部，所述连通部的第一端穿过所述第一开口与所述第一坩埚连通，所述连通部的第二端穿过所述第二开口与所述第二坩埚连通，以使所述第二坩埚内的熔料通过所述连通部进入所述第一坩埚内。
[0007]另外，根据本申请实施例提供的导模法晶体生长装置，其还可以具有如下技术特
征：
[0008]在一种实施例中，所述连通部外周环绕设置有第一加热装置。
[0009]在一种实施例中，所述加热装置的外侧设有保温层；所述保温层内设有多个第一支架，所述第一支架的至少部分伸出所述保温层，所述第一支架伸出所述保温层的部分用于支撑所述连通部的底部。
[0010]在一种实施例中，所述第一炉体内设有隔板，所述隔板将所述炉体分为第一腔体和第二腔体，所述第一坩埚位于所述第一腔体内，所述隔板设有第一连通孔，以使籽晶能够穿过所述第一连通孔与所述导模模具顶部的熔料接触。
[0011]在一种实施例中，所述第一炉体的侧壁设有第二加热装置和第三加热装置，所述第二加热装置位于所述第一腔体内，所述第三加热装置位于所述第二腔体内；所述第二炉体的侧壁设有第四加热装置，沿垂直于所述炉体侧壁的方向，所述第四加热装置至少覆盖所述第二坩埚的侧壁。
[0012]在一种实施例中，第一坩埚设置在第一炉体的底部，第二坩埚设置在第二炉体的底部，所述连通部的两端分别与所述第一坩埚的顶部和第二坩埚的顶部连通。
[0013]在一种实施例中，所述导模法晶体生长装置还包括第一支撑柱和第二支撑柱；所述第一炉体底部设有第二连通孔，所述第一支撑柱用于穿过所述第二连通孔与所述第一坩埚的底部抵接；所述第二炉体底部设有第三连通孔，所述第二支撑柱用于穿过所述第三连通孔与所述第二坩埚的底部抵接；所述第一支撑柱和所述第二支撑柱的内部中空，用于通入制冷液体冷却所述第一坩埚和所述第二坩埚的底部。
[0014]在一种实施例中，所述第一炉体的底壁设有多个第一支撑座，所述第一支撑座用于支撑所述第一坩埚的底部；所述第二炉体的底壁设有多个第二支撑座，所述第二支撑座用于支撑所述第二坩埚的底部。
[0015]在一种实施例中，所述导模法晶体生长装置至少包括第一测温仪和第二测温仪，所述第一测温仪用于测量所述第一坩埚内熔体的温度，所述第二测温仪用于测量所述连通部内熔体的温度。
[0016]在一种实施例中，所述第一升降装置包括第一驱动电机，所述第一驱动电机包括第一主轴和与所述第一主轴转动连接的第一丝杆，所述第二升降装置包括第二驱动电机，所述第二驱动电机包括第二主轴和与所述第二主轴转动连接的第二丝杆；所述第一炉体的顶部设有第四连通孔，所述第一驱动电机的所述第一丝杆穿过所述第四连通孔与所述籽晶连接，所述第一主轴转动用于驱动所述第一丝杆升降，从而带动所述籽晶升降；所述第二炉体的顶部设有第五连通孔，所述第二驱动电机的所述第二丝杆穿过所述第五连通孔与所述预制原料棒连接，所述第二主轴转动用于驱动所述第二丝杆升降，从而带动所述预制原料棒升降。
[0017]本申请第二方面提供一种导模法晶体生长方法，应用以上所述的导模法晶体生长装置，所述导模法晶体生长装置还包括第一支撑柱和第二支撑柱；所述第一炉体底部设有第二连通孔，所述第一支撑柱用于穿过所述第二连通孔与所述第一坩埚的底部抵接；所述第二炉体底部设有第三连通孔，所述第二支撑柱用于穿过所述第三连通孔与所述第二坩埚的底部抵接；所述第一支撑柱和所述第二支撑柱的内部中空，所述导模法晶体生长方法包括以下步骤：
[0018]装炉：将高密度氧化铝原料分别放在第一坩埚和第二坩埚内，所述第二坩埚与所述第一坩埚通过所述连通部连通，并将导模模具放入所述第一坩埚内，通过所述第一升降装置将籽晶调整到相应位置，通过第二升降装置调整好预制原料棒的位置。
[0019]抽真空升温：装炉结束后关上炉门，抽真空至10Pa以内，通入保护性气体，开始升温至原料融化，所述第二坩埚内的原料熔化后通过所述连通部进入所述第一坩埚内，以使所述第一坩埚内熔体持续供给。
[0020]引晶：原料融化后，待所述第一坩埚内的温度、所述第二坩埚内的温度和所述连通部的温度均达到稳定后，所述第一升降装置控制籽晶与所述导模模具顶端接触，开始引晶生长晶体。
[0021]长晶：所述第一升降装置以1mm/h
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100mm/h提升籽晶，使得所述第一坩埚内液体不断在籽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导模法晶体生长装置，其特征在于，包括：第一炉体、第二炉体、第一升降装置和第二升降装置，所述第一升降装置设于所述第一炉体的顶部，所述第二升降装置设于所述第二炉体的顶部，所述第一升降装置用于升降籽晶，所述第二升降装置用于升降预制原料棒；所述第一炉体内设置有第一坩埚，所述第一坩埚内设置有导模模具，所述第一坩埚内的熔体通过所述导模模具与所述籽晶接触，以实现晶体生长，所述第二炉体内设置有第二坩埚，所述第二坩埚用于原料化料；所述第一炉体和所述第二炉体相对的两个侧壁分别设有第一开口和第二开口；连通部，所述连通部的第一端穿过所述第一开口与所述第一坩埚连通，所述连通部的第二端穿过所述第二开口与所述第二坩埚连通，以使所述第二坩埚内的熔料通过所述连通部进入所述第一坩埚内。2.根据权利要求1所述的导模法晶体生长装置，其特征在于，所述连通部外周环绕设置有第一加热装置。3.根据权利要求2所述的导模法晶体生长装置，其特征在于，所述加热装置的外侧设有保温层；所述保温层内设有多个第一支架，所述第一支架的至少部分伸出所述保温层，所述第一支架伸出所述保温层的部分用于支撑所述连通部的底部。4.根据权利要求1所述的导模法晶体生长装置，其特征在于，所述第一炉体内设有隔板，所述隔板将所述炉体分为第一腔体和第二腔体，所述第一坩埚位于所述第一腔体内，所述隔板设有第一连通孔，以使籽晶能够穿过所述第一连通孔与所述导模模具顶部的熔料接触。5.根据权利要求4所述的导模法晶体生长装置，其特征在于，所述第一炉体的侧壁设有第二加热装置和第三加热装置，所述第二加热装置位于所述第一腔体内，所述第三加热装置位于所述第二腔体内；所述第二炉体的侧壁设有第四加热装置，沿垂直于所述炉体侧壁的方向，所述第四加热装置至少覆盖所述第二坩埚的侧壁。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的导模法晶体生长装置，其特征在于，第一坩埚设置在第一炉体的底部，第二坩埚设置在第二炉体的底部，所述连通部的两端分别与所述第一坩埚的顶部和第二坩埚的顶部连通。7.根据权利要求1
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5中任一项所述的导模法晶体生长装置，其特征在于，所述导模法晶体生长装置还包括第一支撑柱和第二支撑柱；所述第一炉体底部设有第二连通孔，所述第一支撑柱用于穿过所述第二连通孔与所述第一坩埚的底部抵接；所述第二炉体底部设有第三连通孔，所述第二支撑柱用于穿过所述第三连通孔与所述第二坩埚的底部抵接；所述第一支撑柱和所述第二支撑柱的内部中空，用于通入制冷液体冷却所述第一坩埚和所述第二坩埚的底部。8.根据权利要求1
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5中任一项所述的导模法晶体生长装置，其特征在于，所述第一炉体的底壁设有多个第一支撑座，所述第一支撑座用于支撑所述第一坩埚的底部；所述第二炉体的底壁设有多个第二支撑座，所述第二支撑座用于支撑所述第二坩埚的
底部。9.根据权利要求1
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5中任一项所述的导模法晶体生长装置，其特征在于，所述导模法晶体生长装置至少包括第一测温仪和第二测温仪，所述第一测温仪用于测量所述第一坩埚内熔体的温度，所述第二测温仪用于测量所述连通部内熔体的温度。10.根据权利要求1
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5中任一项所述的导模法晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓亮，黄存新，赵鹏，
申请(专利权)人：北京中材人工晶体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：