藍寶石長晶爐熱場及設有該熱場的長晶爐及其長晶工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及藍寶石生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種藍寶石長晶爐熱場及設有該熱場的長晶爐及其長晶工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]藍寶石(Sapphire)是一種氧化鋁(α-Α1203)的單晶，又稱為剛玉，就顏色而言，單純的氧化鋁結(jié)晶是呈現(xiàn)透明無色的，在自然界藍寶石在生長時，晶體內(nèi)含有鈦離子(Τ?3+)與鐵離子(Fe3+)時，會使晶體呈現(xiàn)藍色，而成為藍色藍寶石(Blue Sapphire)。藍寶石晶體化學性質(zhì)非常穩(wěn)定，一般不溶于水和不受酸、堿腐蝕，晶體硬度很高，為莫氏硬度9級，僅次于最硬的金剛石。它具有很好的透光性，熱傳導性和電氣絕緣性，力學機械性能好，并且具有耐磨和抗風蝕的特點。其獨特的晶格結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的力學性能、良好的熱學性能使藍寶石晶體成為LED、大規(guī)模集成電路SOI和SOS等最為理想的襯底材料，隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，對藍寶石晶體材料的尺寸、質(zhì)量不斷提出新的要求。目前，低成本、高質(zhì)量的大尺寸藍寶石單晶具有越來越大的市場需求。
[0003]隨著技術(shù)進步，人工生產(chǎn)藍寶石晶體的方法越來越多，但無論哪一種好方法，只有達到藍寶石晶體的長晶溫度，藍寶石晶體才能生長，若沒有保溫層，爐內(nèi)2000多度的高溫很難保證，要達到藍寶石晶體生長的溫度，就得不停的加熱，對電的消耗巨大，能源浪費嚴重，更重要的是嚴重影響長出的藍寶石晶體產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面，針對改造后的大尺寸100-500KG級藍寶石長晶爐，如何尋找出適合100-500KG級藍寶石長晶爐長晶工藝也尤為重要，國內(nèi)長晶工藝正在摸索，長出的晶體都有晶格缺陷，數(shù)值大于1000位錯密度/pits.cm-2，晶體晶界多、氣泡多，這會嚴重影響藍寶石主導產(chǎn)品藍寶石襯底片和窗口片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，成品率極低，浪費巨大，成本高，效率低，難以大規(guī)模生產(chǎn)。藍寶石晶體生長爐熱場外采用什么保溫材料及采用什么工藝使其減少為錯密度，成為國內(nèi)藍寶石行業(yè)關(guān)注的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的第一目的在于提供一種藍寶石長晶爐熱場，該熱場提高了保溫效果，提高了晶體質(zhì)量和晶體成品率，并且該熱場結(jié)構(gòu)設計合理，適于大批量生產(chǎn)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]—種藍寶石長晶爐熱場包括不銹鋼桶，所述不銹鋼桶內(nèi)設有鎢筒，所述鎢筒內(nèi)設有加熱籠組件，所述加熱籠組件內(nèi)設有坩禍，所述鎢筒內(nèi)的底部設有坩禍支架，所述坩禍安裝在所述坩禍支架上，所述坩禍支架與所述鎢筒內(nèi)壁之間設有下隔熱鉬屏；還包括籽晶夾頭組件，所述籽晶夾頭組件包括籽晶桿，所述籽晶桿懸掛在所述加熱籠組件內(nèi)，且所述籽晶桿伸入所述坩禍內(nèi)。
[0007]優(yōu)選方式為，所述下隔熱鉬屏上設有氧化鋯纖維底板。
[0008]優(yōu)選方式為，所述下隔熱鉬屏設有夾層，所述氧化鋯纖維底板固定在所述夾層內(nèi)。
[0009]本發(fā)明的第二目的在于提供一種藍寶石長晶爐，該長晶爐的爐體密封性良好，使其內(nèi)部的溫度梯度一致性佳，從而提高了其生產(chǎn)的晶體質(zhì)量和品率，還提高了生產(chǎn)效率，適于大批量生產(chǎn)晶體。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0011]一種藍寶石長晶爐包括上述藍寶石長晶爐熱場。
[0012]優(yōu)選方式為，所述不銹鋼桶外側(cè)依次設有加熱器、保溫層、爐體內(nèi)殼和爐體外殼。
[0013]優(yōu)選方式為，所述保溫層由氧化鋯制成。
[0014]優(yōu)選方式為，還包括智能控制系統(tǒng)，所述智能控制系統(tǒng)包括電連接的中央處理器模塊和電源模塊，還包括與所述中央處理器模塊電連接的控制面板，所述中央處理器模塊還分別與所述加熱器和所述藍寶石長晶爐的所述加熱籠組件電連接，所述電源模塊與電網(wǎng)電連接，所述智能控制系統(tǒng)還包括光伏電池組件，所述光伏電池組件通過光伏處理模塊與所述電源模塊電連接。
[0015]優(yōu)選方式為，還包括智能控制系統(tǒng)，所述智能控制系統(tǒng)包括電連接的中央處理器模塊和電源模塊，還包括與所述中央處理器模塊電連接的控制面板，所述中央處理器模塊還分別與所述加熱器和所述藍寶石長晶爐的所述加熱籠組件電連接，所述電源模塊與電網(wǎng)電連接，所述智能控制系統(tǒng)還包括風能系統(tǒng)，所述風能系統(tǒng)通過逆變電源與所述電源模塊電連接。
[0016]優(yōu)選方式為，還包括與所述中央處理器模塊電連接的籽晶夾頭組件驅(qū)動部，所述籽晶夾頭組件驅(qū)動部與所述籽晶夾頭組件傳動連接。
[0017]本發(fā)明的第三目的在于提供一種藍寶石長晶爐長晶工藝，該工藝得到了優(yōu)化，生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)晶體。
[0018]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0019]—種藍寶石長晶爐長晶工藝，包括步驟:備料，準備純凈的三氧化二氯作為原料，還包括以下步驟:
[0020]S(5)、填料和架晶，將所述三氧化二鋁填充入所述藍寶石長晶爐熱場的所述坩禍內(nèi)，并將晶種夾在所述藍寶石長晶爐熱場的所述籽晶夾頭組件的所述籽晶桿上；
[0021]S(1)、抽真空，使所述藍寶石長晶爐熱場的所述不銹鋼桶內(nèi)真空；
[0022]S(15)、加熱，啟動所述藍寶石長晶爐給所述藍寶石長晶爐熱場加熱；
[0023]S(20)、原料熔化，所述藍寶石長晶爐熱場內(nèi)的功率在501?505KW功率范圍內(nèi)時，所述三氧化二鋁的融化成液體；當所述藍寶石長晶爐熱場的所述鎢筒內(nèi)的溫度落入2030°?2050°范圍時，進行引晶；
[0024]S(25)、熔接晶種，所述藍寶石長晶爐熱場的所述籽晶夾頭組件使籽晶下降接近所述三氧化二鋁液面，然后接觸所述三氧化二鋁液面，接著提起籽晶；重復上述操作完成洗晶；洗晶完畢后，將籽晶下降至所述三氧化二鋁液面下，進行熔接晶種；進行所述熔接晶種時，所述藍寶石長晶爐熱場內(nèi)的功率范圍為500?504KW ;
[0025]S (30)、晶徑生長，熔接晶種后所述藍寶石長晶爐熱場的所述籽晶夾頭組件繼續(xù)提拉，使晶體的直徑變大，直至晶體重量在5?1KG重量范圍內(nèi)；
[0026]S (35)、晶體生長，晶體從生長階段進入生產(chǎn)階段，生長過程中根據(jù)晶體重量的變化速度，調(diào)整所述所述藍寶石長晶爐熱場內(nèi)的功率；晶體重量持續(xù)不變生產(chǎn)完成；
[0027]S (40)、晶徑與坩禍分離，使所述藍寶石長晶爐熱場的所述籽晶夾頭組件上拉，將晶徑與坩禍分離；
[0028]S(50)、冷卻取出晶體，所述藍寶石長晶爐熱場的所述不銹鋼桶內(nèi)壓力為大氣壓時，打開所述藍寶石長晶爐熱場的所述不銹鋼桶自然冷卻，經(jīng)過36小時后，取出晶體。
[0029]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的有益效果是:由于本發(fā)明的藍寶石長晶爐熱場的鎢筒內(nèi)的坩禍被坩禍支架支撐設置，其中坩禍支架包括氧化鋯纖維板和下隔熱鉬屏，能夠使熱場內(nèi)的溫度梯度一致。同時本發(fā)明還將籽晶夾頭組件的籽晶桿懸掛在加熱籠組件內(nèi)，讓籽晶桿伸入坩禍內(nèi)，使籽晶在進行提拉時，熱場的密封性也保持良好，進一步使熱場內(nèi)的溫度梯度一致。而溫度梯度一致性良好，使晶體的質(zhì)量高，位錯密度小，晶體晶界少、氣泡少。而本發(fā)明的藍寶石長晶爐，因其設有本發(fā)明的熱場，使其生產(chǎn)晶體時，能夠生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的晶體，而且因溫度梯度一致，使其生產(chǎn)效率高。因此利用本發(fā)明的藍寶石長晶爐的長晶工藝生產(chǎn)的晶體，其晶體質(zhì)量和品率均得到了提高，節(jié)省了成本，提高了生產(chǎn)效率。
[0030]由于下隔熱鉬屏上設有氧化鋯纖維底板；該結(jié)構(gòu)使熱場內(nèi)的保溫效果更佳。
[0031]由于不銹鋼桶外側(cè)依次設有加熱器、保溫層、爐體內(nèi)殼和爐體外殼；該結(jié)構(gòu)使本發(fā)明的熱場具有雙重加熱，也具有雙重的保溫，也使熱場的密封性良好，從而保證了熱場內(nèi)的溫度梯度一致性。
[0032]由于保溫層由氧化鋯制成；因氧化鋯是一種高級耐火原料，其熔融溫度約為2900°C，選取氧化鋯因為它耐溫高且保溫效果好，進一步保證了溫度梯度的一致性。
[0033]由于還包括智能控制系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)包括電連接的中央處理器模塊和電源模塊，還包括與中央處理器模塊電連接的控制面板，中央處理器模塊還分別與加熱器和藍寶石長晶爐的加熱籠組件電連接，電源模塊與電網(wǎng)電連接，智能控制系統(tǒng)還包括光伏電池組件，光伏電池組件通過光伏處理模塊與電源模塊電連接；該光伏電池組件能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)換成電能，從而使本發(fā)明節(jié)