大尺寸蓝宝石单晶生长炉用坩埚盖制造技术

本发明专利技术提供了一种大尺寸蓝宝石单晶生长炉用坩埚盖，它采用圆形多层钼片制成，多层钼片上开有圆形中心孔，中心孔直径由上到下逐渐变小，多层钼片采用多组钼螺栓和配套钼螺母连接并固定，多层钼片间通过钼螺母隔开。本发明专利技术通过合理设计钼片层数、厚度、间距、中心孔尺寸分布等，有利于形成均匀稳定的温场，同时在合理控制成本的基础上，制得的坩埚盖具有一定的结构强度和较长的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
大尺寸蓝宝石单晶生长炉用坩埚盖(-)
本专利技术属于大尺寸蓝宝石单晶生长炉技术，具体涉及大尺寸蓝宝石单晶的单晶炉用坩埚盖。
技术介绍
蓝宝石是一种氧化铝(Al2O3)单晶，属于六方晶系，其硬度很高，莫氏硬度为9，仅次于金刚石。它还具有耐腐蚀、耐高温、光学透过性好等优点，可以用在各种极端或特殊环境中作为窗口材料。另外，蓝宝石相较目前其它半导体衬底材料，具有较好的性价比，因此在半导体照明方面得到广泛应用。随着精密微电子技术、半导体照明技术、航空航天、及红外军事装备等领域的不断发展对生长出蓝宝石晶锭的质量、尺寸提出了更高的要求。尤其是光学级大尺寸蓝宝石材料，由于其具有性能稳定、市场需求量大、综合利用率及产品附加值高等特点，成为近年国内外研究开发和产业化热点。低成本、高品质地生长大尺寸蓝宝石晶体是当前面临的迫切任务，其生长技术也成为世界各国关注的难点和重点之一。蓝宝石晶体生长温度约为2050°C，在生长蓝宝石单晶，尤其是大尺寸蓝宝石单晶时，为保持炉内温度，控制合理的温度梯度，对保温系统的要求较为苛刻。保温结构包括坩埚盖、上下隔热屏、保温筒、保温填料需要等。由于蓝宝石单晶的生长温度高，因此，要求保温材料具有较高的机械和热负载能力。加强低温区的保温，控制温度梯度和高温区的过热温度，以保证晶体不开裂，生长界面稳定与熔体不局部成核结晶。另外，生长高品质、高熔点的蓝宝石晶体，要求生长环境相对纯净。若采用低熔点材料保温，在高温 生长环境下会挥发，并进入晶体内部。虽然部分杂质(例如炭杂质)可以通过退火工艺可以消除，但杂质取出后所留下的原子空位却无法消除，对晶体品质造成不良影响。坩埚盖位于坩埚的上方，接受热辐射最多。坩埚盖上方设有上隔热屏，其外部即为普通不锈钢制作的炉盖。为保持炉内温度、防止过高的温度对炉壳造成损害，坩埚盖必须有很好的隔热效果。另外，坩埚盖上需要预留出籽晶插孔及观察窗的位置，坩埚盖的设计对于整个温场的控制非常重要，这就要求我们必须开发出符合生产要求的坩埚盖。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够形成均匀稳定的温场，径向温度梯度分布合理的能够生长31kg以上大尺寸蓝宝石单晶的大尺寸蓝宝石单晶生长炉用坩埚盖。本专利技术的目的是这样实现的它采用圆形多层钥片I制成，多层钥片I上开有圆形中心孔4，中心孔直径由上到下逐渐变小。多层钥片采用多组钥螺栓2和配套钥螺母3连接并固定，多层钥片I间通过钥螺母3隔开。本专利技术还有这样一些技术特征1、所述的多层钥片采用金属钥制成，钥片数量为5 10片，外径为25(T400mm，最上层广2片厚度为2 3mm，最下层f 2片厚度为3飞mm，中间层钥片厚度为f 2mm ；2、所述的多层钥片上开有圆形中心孔，中心孔与上隔热屏圆形中心孔同心。中心孔直径从上到下逐渐缩小，最上层钥片圆形中心孔直径10(T200mm，从上到下每层钥片中心孔直径比上一层小5 20mm ；3、所述的多层钥片用钥螺栓相连，钥片之间用高度为5 12mm的钥螺母隔开，6 10 个钥螺栓均匀分布在距圆周l(T20mm处；4、所述的多层钥片从上至下，分别以2飞层为最上层，以相同方式用6 10个钥螺栓依次连结固定2飞层、3飞层、4飞层及5飞层钥片，相邻两层钥片之间同样用相应数量的钥螺母分隔钥片；5、所述的钥螺栓相邻层交错分布，钥螺栓螺杆位于距上面一层钥片圆形中心孔圆周的5 IOmm处。本专利技术的有益效果在于1.由于在真空环境下主要以热辐射形式传热，通过调整钥片厚度、间距以及圆形中间孔尺寸，能够获得均匀稳定的温场，形成适合于31kg以上大尺寸蓝宝石生长的径向温度梯度，大大提高了大尺寸蓝宝石晶体质量。2.晶体在2000°C左右的高温下生长，且生长时间长，坩埚盖下层所处区域温度最高，因此会有较多的钥挥发。采用上面f 2层钥片较厚、中间较薄、下面f 2层最后的结构， 这样即可以保证坩埚盖具有一定的结构强度，同时又可以合理控制成本，延长整个坩埚盖的使用寿命。3.由于多层钥片从上到下内部孔径逐渐减小，从上至下钥片，依次以其为最上层，用钥螺栓及螺母连接固定其下所有层，可以起到对钥片较好的定位支撑作用，防止钥片在反复加热冷却过程中的变形。这样既可以尽量减少内部温场的变化，又可以延长坩埚盖的使用寿命。4.从下到上每层钥片圆形中心孔直径逐渐增大，形成一定的锥角，不但可以观察单晶炉内长晶过程，还可以使坩埚·内熔体中心位置上方散热相对较快，形成冷心，有利于生长过程中的引晶。综上所述，本专利技术能够提供生长高质量大尺寸蓝宝石单晶所需的温场条件，具有结构简单、使用寿命长，温场分布更合理等优点。因而本专利技术具有广阔的应用前景，该技术的推广应用能够创造出明显的社会效益和经济效益。附图说明图1为本专利技术结构示意图2为图1的剖视图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明结合图1-2，本实施例中坩埚盖采用圆形多层钥片I制成，多层钥片I上开有圆形中心孔4，中心孔直径由上到下逐渐变小。多层钥片I间采用钥螺栓2和配套钥螺母3连接并固定，多层钥片I间通过钥螺母3隔开。钥片外径为320mm，最上层钥片内径为260mm，向下每层钥片内径依次比上一层减小16mm ;最上面2层钥片厚度2mm，最下面2层钥片厚度为 4臟，中间4层钥片厚度为Imm;钥片之间用高度为IOmm的钥螺母隔开，依次以广5层为最上层，用钥螺栓连结其下所有钥片，中间用钥螺母分隔。每组分别有8个固定钥螺栓均匀分布在距圆周15mm处，螺栓直径5臟，长度为85臟，下层钥螺栓分布于上 层钥螺栓中间位置。 这种坩埚盖适合于能够生长重量为31公斤大尺寸蓝宝石单晶的单晶炉。权利要求1.一种大尺寸蓝宝石单晶生长炉用坩埚盖，其特征在于它采用圆形多层钥片制成，多层钥片上开有圆形中心孔，中心孔直径由上到下逐渐变小，多层钥片采用多组钥螺栓和配套钥螺母连接并固定，多层钥片间通过钥螺母隔开。2.根据权利要求1所述的大尺寸蓝宝石单晶生长炉用坩埚盖，其特征在于所述的多层钥片采用金属钥制成，钥片数量为5 10片，外径为25(T400mm，最上层2片厚度为2 3mm，最下层f 2片厚度为3 5mm，中间层钥片厚度为f 2mm。3.根据权利要求2所述的大尺寸蓝宝石单晶生长炉用坩埚盖，其特征在于所述的圆形中心孔与上隔热屏圆形中心孔同心，最上层钥片圆形中心孔直径10(T200mm，从上到下每层钥片中心孔直径比上一层小5 20mm。4.根据权利要求3所述的大尺寸蓝宝石单晶生长炉用坩埚盖，其特征在于所述的多层钥片之间用高度为5 12mm的钥螺母隔开，6 10个钥螺栓均匀分布在距圆周l(T20mm处。5.根据权利要求4所述的大尺寸蓝宝石单晶生长炉用坩埚盖，其特征在于所述的多层钥片从上至下分别以2飞层为最上层，以相同方式用6 10个钥螺栓依次连结固定2飞层、3飞层、4飞层及5飞层钥片，相邻两层钥片之间同样用相应数量的钥螺母分隔钥片。6.根据权利要求5所述的大尺寸蓝宝石单晶生长炉用坩埚盖，其特征在于所述的钥螺栓相邻层交错分布，钥螺栓螺杆位于距上面一层钥片圆形中心孔圆周的5 10mm处。全文摘要本专利技术提供了一种大尺寸蓝宝石单晶生长炉用坩埚盖，它采用圆形多层钼片制成，多层钼片上开有圆形中心孔，中心孔直径由上到下逐渐变小，多层钼片采用多组钼螺栓和配套钼螺母连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大尺寸蓝宝石单晶生长炉用坩埚盖，其特征在于它采用圆形多层钼片制成，多层钼片上开有圆形中心孔，中心孔直径由上到下逐渐变小，多层钼片采用多组钼螺栓和配套钼螺母连接并固定，多层钼片间通过钼螺母隔开。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：左洪波，张学军，郑海涛，丁广博，吴俣，
申请(专利权)人：哈尔滨奥瑞德蓝宝石制品有限公司，
类型：发明
国别省市：