一種溫場(chǎng)梯度水平移動(dòng)法制備片狀單晶的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及單晶體制備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種溫場(chǎng)梯度水平移動(dòng)法制備片狀單晶的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)寶石Ct-Al2O3單晶體具有優(yōu)良的光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、介電、耐腐蝕等性能，在可見和紅外波段具有較高的透光率以及較寬的透過(guò)帶，與眾多其他光學(xué)窗口材料相比，有更加穩(wěn)定的化學(xué)性能和熱力學(xué)性能，如抗酸堿腐蝕，耐高溫，高硬度、高拉伸強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率和顯著的抗熱沖擊性。上述性質(zhì)使得藍(lán)寶石材料被廣泛應(yīng)用于寬禁帶半導(dǎo)體材料如氮化鎵的襯底、飛秒激光器基質(zhì)材料、軍事紅外窗口、航空航天中波透紅外窗口材料等方面，涉及到科學(xué)技術(shù)、國(guó)防與民用工業(yè)等諸多領(lǐng)域。
[0003]目前，生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石單晶體的方法有泡生法、導(dǎo)模法、熱交換法、水平定向結(jié)晶法等。這些方法和設(shè)備都是通過(guò)輸入功率間接調(diào)控藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)界面溫度，無(wú)法做到精確及時(shí)調(diào)控藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)界面溫度，從而影響藍(lán)寶石生長(zhǎng)的速度和質(zhì)量。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中藍(lán)寶石生產(chǎn)工藝存在的晶體生長(zhǎng)溫度無(wú)法精確調(diào)控導(dǎo)致的晶體生長(zhǎng)緩慢、質(zhì)量差等問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種溫場(chǎng)梯度水平移動(dòng)法制備片狀單晶的
目.ο
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0006]—種溫場(chǎng)梯度水平移動(dòng)法制備片狀單晶的裝置，該裝置包括隔熱屏、多個(gè)發(fā)熱體、坩禍、多個(gè)溫區(qū)分隔板、爐膛保溫層、坩禍支撐架和坩禍頂桿，所述爐膛保溫層一側(cè)開口，隔熱屏與爐膛保溫層的開口側(cè)可拆卸連接且形成封閉的空間，所述坩禍支撐架水平設(shè)置在此封閉的空間內(nèi)，且坩禍支撐架的端部與爐膛保溫層固定連接，所述坩禍呈扁平狀，且底部放置在坩禍支撐架上，所述發(fā)熱體呈長(zhǎng)條狀，且與坩禍寬度方向平行的設(shè)置在坩禍的上下兩側(cè)，發(fā)熱體端部固定設(shè)置在爐膛保溫層上，所述溫區(qū)分隔板呈環(huán)形，其環(huán)形外壁與爐膛保溫層內(nèi)壁固定連接，環(huán)形內(nèi)壁與坩禍及坩禍支撐架間隙配合，所述溫區(qū)分隔板間隔設(shè)置在多個(gè)發(fā)熱體之間，所述坩禍頂桿的一端穿過(guò)爐膛保溫層設(shè)置在坩禍的端部，且坩禍頂桿與隔熱屏相對(duì)垂直；
[0007]所述隔熱屏和爐膛保溫層上設(shè)有與坩禍支撐架側(cè)部相匹配的卡槽，坩禍支撐架的端部固定在隔熱屏及爐膛保溫層的卡槽內(nèi)；
[0008]所述坩禍頂桿與坩禍的端部固定連接；
[0009]所述隔熱屏與爐膛保溫層通過(guò)螺栓固定連接。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果:
[0011]本實(shí)用新型提供的溫場(chǎng)梯度水平移動(dòng)法制備片狀單晶的裝置，通過(guò)溫區(qū)分隔板把爐膛分割成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的溫區(qū)，每個(gè)溫區(qū)獨(dú)立加熱、獨(dú)立測(cè)溫、獨(dú)立控制，通過(guò)不同溫區(qū)的溫度或功率控制實(shí)現(xiàn)爐膛在水平方向上呈現(xiàn)一定的溫度梯度或功率梯度，在坩禍、發(fā)熱體、晶體不動(dòng)的情況下，通過(guò)對(duì)不同溫區(qū)的溫度控制及溫場(chǎng)梯度或功率控制及功率梯度，滿足晶體長(zhǎng)晶界面不斷移動(dòng)所需要的溫度梯度，通過(guò)多溫區(qū)聯(lián)動(dòng)控溫實(shí)現(xiàn)原料自動(dòng)加熱、自動(dòng)接種和放肩、自動(dòng)長(zhǎng)晶，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)晶界面的模擬可圖示化。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便實(shí)用。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1本實(shí)用新型長(zhǎng)晶時(shí)坩禍狀態(tài)示意圖；
[0013]圖2本實(shí)用新型裝原料時(shí)坩禍狀態(tài)示意圖；
[0014]圖3本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)不意圖；
[0015]圖4本實(shí)用新型溫場(chǎng)梯度水平移動(dòng)長(zhǎng)晶示意圖；
[0016]附圖標(biāo)記:1、隔熱屏，2、發(fā)熱體，3、藍(lán)寶石單晶體，4、坩禍，5、溫區(qū)分隔板，6、氧化鋁熔體，7、爐膛保溫層，8、坩禍支撐架，9、籽晶，1、坩禍頂桿。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的闡述。
[0018]—種溫場(chǎng)梯度水平移動(dòng)法制備片狀單晶的方法，采用電阻式發(fā)熱體水平布置在扁平狀結(jié)構(gòu)坩禍的上下兩側(cè)，通過(guò)分隔板把爐膛沿水平方向分割成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的溫區(qū)，每個(gè)溫區(qū)獨(dú)立加熱、獨(dú)立測(cè)溫、獨(dú)立控制，通過(guò)不同溫區(qū)的溫度或加熱功率的控制實(shí)現(xiàn)爐膛在水平方向上呈現(xiàn)溫度或功率梯度變化，在坩禍、發(fā)熱體、晶體固定不動(dòng)的情況下，通過(guò)對(duì)不同溫區(qū)的溫度控制及溫場(chǎng)梯度的不斷移動(dòng)或加熱功率控制及功率梯度的不斷移動(dòng)，滿足晶體長(zhǎng)晶界面不斷移動(dòng)調(diào)節(jié)為所需要的溫度梯度，通過(guò)多溫區(qū)聯(lián)動(dòng)控溫實(shí)現(xiàn)原料自動(dòng)加熱、自動(dòng)接種和放肩、自動(dòng)長(zhǎng)晶，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)晶界面的模擬可圖示化;所述扁平狀坩禍厚度為10?200mm，寬度為50?1000mm，長(zhǎng)度為100?2000mm;所述發(fā)熱體為媽發(fā)熱體、鉬發(fā)熱體、石墨發(fā)熱體或二硼化鋯復(fù)合陶瓷發(fā)熱體;所述的片狀單晶制備流程為:裝料一關(guān)門一抽真空一加熱一原料熔化一溫場(chǎng)梯度或功率梯度開始水平移動(dòng)一接種一放肩一晶體等速生長(zhǎng)一晶體生長(zhǎng)結(jié)束一溫場(chǎng)梯度或功率梯度繼續(xù)水平移動(dòng)降低晶體溫度至室溫一打開爐門一取出晶體，整個(gè)長(zhǎng)晶過(guò)程，在坩禍、發(fā)熱體、晶體固定不動(dòng)的情況下，通過(guò)對(duì)不同溫區(qū)的溫場(chǎng)梯度或功率梯度的不斷移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)單晶制備。
[0019]如圖所示:一種用于如上所述的溫場(chǎng)梯度水平移動(dòng)法制備片狀單晶的裝置，該裝置包括隔熱屏1、多個(gè)發(fā)熱體2、坩禍4、多個(gè)溫區(qū)分隔板5、爐膛保溫層7、坩禍支撐架8和坩禍頂桿10，所述爐膛保溫層7—側(cè)開口，隔熱屏I與爐膛保溫層7的開口側(cè)通過(guò)螺栓連接且形成封閉的空間，所述坩禍支撐架8水平設(shè)置在此封閉的空間內(nèi)，所述隔熱屏I和爐膛保溫層7上設(shè)有與坩禍支撐架8側(cè)部相匹配的卡槽，坩禍支撐架8的端部固定在隔熱屏I及爐膛保溫層7的卡槽內(nèi)，所述坩禍4呈扁平狀，且底部放置在坩禍支撐架8上，所述發(fā)熱體2呈長(zhǎng)條狀，且與坩禍4寬度方向平行的設(shè)置在坩禍4的上下兩側(cè)，發(fā)熱體2端部固定設(shè)置在爐膛保溫層7上，所述溫區(qū)分隔板5呈環(huán)形，其環(huán)形外壁與爐膛保溫層7內(nèi)壁固定連接，環(huán)形內(nèi)壁與坩禍4及坩禍支撐架8間隙配合，所述溫區(qū)分隔板5間隔設(shè)置在多個(gè)發(fā)熱體2之間，所述坩禍頂桿10的一端穿過(guò)爐膛保溫層7與坩禍4的端部固定連接，且坩禍頂桿10與隔熱屏I相對(duì)垂直。
[0020]使用時(shí)，先在坩禍4的一端固定籽晶9，然后在坩禍內(nèi)裝好晶體生長(zhǎng)物料，然后將坩禍4推入爐膛保溫層7內(nèi)的坩禍支撐架8上定位，裝上隔熱屏I，關(guān)上爐門，抽真空，開始加熱，坩禍4內(nèi)的原料熔化成氧化鋁熔體6，然后控制溫場(chǎng)梯度開始水平移動(dòng)，晶體等速生長(zhǎng)，晶體生長(zhǎng)結(jié)束后，控制溫場(chǎng)梯度繼續(xù)水平移動(dòng)降低晶體溫度至室溫，打開爐門，取下隔熱屏1，然后用坩禍頂桿10將坩禍4從爐膛保溫層7內(nèi)推出。
[0021]本實(shí)用新型通過(guò)溫區(qū)分隔板5把爐膛分割成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的溫區(qū)，每個(gè)溫區(qū)獨(dú)立加熱、獨(dú)立測(cè)溫、獨(dú)立控制，通過(guò)不同溫區(qū)的溫度控制實(shí)現(xiàn)爐膛在水平方向上呈現(xiàn)一定的溫度梯度或功率梯度，在坩禍、發(fā)熱體、晶體固定不動(dòng)的情況下，通過(guò)對(duì)不同溫區(qū)的溫度控制及溫場(chǎng)梯度或功率控制及功率梯度的不斷移動(dòng)，滿足晶體長(zhǎng)晶界面不斷移動(dòng)所需要的溫度梯度，通過(guò)多溫區(qū)聯(lián)動(dòng)控溫實(shí)現(xiàn)原料自動(dòng)加熱、自動(dòng)接種和放肩、自動(dòng)長(zhǎng)晶，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)晶界面的模擬可圖示化。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便實(shí)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種溫場(chǎng)梯度水平移動(dòng)法制備片狀單晶的裝置，其特征在于:該裝置包括隔熱屏(I)、多個(gè)發(fā)熱體(2)、坩禍(4)、多個(gè)溫區(qū)分隔板(5)、爐膛保溫層(7)、坩禍支撐架(8)和坩禍頂桿(10)，所述爐膛保溫層(7)—側(cè)開口，隔熱屏(I)與爐膛保溫層(7)的開口側(cè)可拆卸連接且形成封閉的空間，所述坩禍支撐架(8)水平設(shè)置在此封閉的空間內(nèi)，且坩禍支撐架(8)的端部與爐膛保溫層(7)固定連接，所述坩禍(4)呈扁平狀，且放置在坩禍支撐架(8)上，所述發(fā)熱體(2)呈長(zhǎng)條狀，且與坩禍(4)寬度方向平行的設(shè)置在坩禍(4)的上下兩側(cè)，發(fā)熱體(2)端部固定設(shè)置在爐膛保溫層(7)上，所述溫區(qū)分隔板(5)呈環(huán)形，其環(huán)形外壁與爐膛保溫層(7)內(nèi)壁固定連接，環(huán)形內(nèi)壁與坩禍(4)及坩禍支撐架(8)間隙配合，所述溫區(qū)分隔板(5)間隔設(shè)置在多個(gè)發(fā)熱體(2)之間，所述坩禍頂桿(10)的一端穿過(guò)爐膛保溫層(7)設(shè)置在坩禍(4)的端部，且坩禍頂桿(10)與隔熱屏(I)相對(duì)垂直。2.如權(quán)利要求1所述的溫場(chǎng)梯度水平移動(dòng)法制備片狀單晶的裝置，其特征在于:所述隔熱屏(I)和爐膛保溫層(7)上設(shè)有與坩禍支撐架(8)側(cè)部相匹配的卡槽，坩禍支撐架(8)的端部固定在隔熱屏(I)及爐膛保溫層(7)的卡槽內(nèi)。3.如權(quán)利要求1所述的溫場(chǎng)梯度水平移動(dòng)法制備片狀單晶的裝置，其特征在于:所述坩禍頂桿(10)與坩禍(4)的端部固定連接。4.如權(quán)利要求1所述的溫場(chǎng)梯度水平移動(dòng)法制備片狀單晶的裝置，其特征在于:所述隔熱屏(I)與爐膛保溫層(7)通過(guò)螺栓固定連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種溫場(chǎng)梯度水平移動(dòng)法制備片狀單晶的裝置，通過(guò)溫區(qū)分隔板把爐膛沿水平方向分割成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的溫區(qū)，每個(gè)溫區(qū)獨(dú)立加熱、獨(dú)立測(cè)溫、獨(dú)立控制，通過(guò)不同溫區(qū)的溫度控制或功率控制實(shí)現(xiàn)爐膛在水平方向上呈現(xiàn)一定的溫度梯度或功率梯度，在坩堝、發(fā)熱體、晶體不動(dòng)的情況下，通過(guò)對(duì)不同溫區(qū)的溫度控制及溫場(chǎng)梯度的不斷移動(dòng)或加熱功率控制及功率梯度的不斷移動(dòng)，滿足晶體長(zhǎng)晶界面不斷移動(dòng)所需要的溫度梯度，通過(guò)多溫區(qū)聯(lián)動(dòng)控溫實(shí)現(xiàn)原料自動(dòng)加熱、自動(dòng)接種和放肩、自動(dòng)長(zhǎng)晶，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)晶界面的模擬可圖示化。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便實(shí)用。
【IPC分類】C30B29/64, C30B29/20, C30B11/00
【公開號(hào)】CN205313715
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521038086
【發(fā)明人】周森安, 李豪, 徐軍, 吳鋒, 唐慧麗, 安俊超, 李縣輝
【申請(qǐng)人】河南西格馬晶體科技有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2015年12月15日