藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐熱場(chǎng)及設(shè)有該熱場(chǎng)的長(zhǎng)晶爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及藍(lán)寶石生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐熱場(chǎng)及設(shè)有該熱場(chǎng)的長(zhǎng)晶爐。
【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)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(wú)色的，在自然界藍(lán)寶石在生長(zhǎng)時(shí)，晶體內(nèi)含有鈦離子(Τ?3+)與鐵離子(Fe3+)時(shí)，會(huì)使晶體呈現(xiàn)藍(lán)色，而成為藍(lán)色藍(lán)寶石(Blue Sapphire)。藍(lán)寶石晶體化學(xué)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(jí)，僅次于最硬的金剛石。它具有很好的透光性，熱傳導(dǎo)性和電氣絕緣性，力學(xué)機(jī)械性能好，并且具有耐磨和抗風(fēng)蝕的特點(diǎn)。其獨(dú)特的晶格結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的熱學(xué)性能使藍(lán)寶石晶體成為L(zhǎng)ED、大規(guī)模集成電路SOI和S0S等最為理想的襯底材料，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)藍(lán)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(lán)寶石單晶具有越來(lái)越大的市場(chǎng)需求。
[0003]隨著技術(shù)進(jìn)步，人工生產(chǎn)藍(lán)寶石晶體的方法越來(lái)越多，但無(wú)論哪一種好方法，只有達(dá)到藍(lán)寶石晶體的長(zhǎng)晶溫度，藍(lán)寶石晶體才能生長(zhǎng)，若沒有保溫層，爐內(nèi)2000多度的高溫很難保證，要達(dá)到藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)的溫度，就得不停的加熱，對(duì)電的消耗巨大，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，更重要的是嚴(yán)重影響長(zhǎng)出的藍(lán)寶石晶體產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面，針對(duì)改造后的大尺寸100-500KG級(jí)藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐，如何尋找出適合100-500KG級(jí)藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐長(zhǎng)晶工藝也尤為重要，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)晶工藝正在摸索，長(zhǎng)出的晶體都有晶格缺陷，數(shù)值大于1000位錯(cuò)密度/pits.cm-2，晶體晶界多、氣泡多，這會(huì)嚴(yán)重影響藍(lán)寶石主導(dǎo)產(chǎn)品藍(lán)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(fèi)巨大，成本高，效率低，難以大規(guī)模生產(chǎn)。藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)爐熱場(chǎng)外采用什么保溫材料及采用什么工藝使其減少為錯(cuò)密度，成為國(guó)內(nèi)藍(lán)寶石行業(yè)關(guān)注的技術(shù)問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的第一目的在于提供一種藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐熱場(chǎng)，該熱場(chǎng)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(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，適于大批量生產(chǎn)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0006]—種藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐熱場(chǎng)包括不銹鋼桶，所述不銹鋼桶內(nèi)設(shè)有鎢筒，所述鎢筒內(nèi)設(shè)有加熱籠組件，所述加熱籠組件內(nèi)設(shè)有坩禍，所述鎢筒內(nèi)的底部設(shè)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(shè)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(shè)有氧化鋯纖維底板。
[0008]優(yōu)選方式為，所述下隔熱鉬屏設(shè)有夾層，所述氧化鋯纖維底板固定在所述夾層內(nèi)。
[0009]本實(shí)用新型的第二目的在于提供一種藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐，該長(zhǎng)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，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0011]一種藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐包括上述藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐熱場(chǎng)。
[0012]優(yōu)選方式為，所述不銹鋼桶外側(cè)依次設(shè)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(lán)寶石長(zhǎng)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(lán)寶石長(zhǎng)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(fēng)能系統(tǒng)，所述風(fēng)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(dòng)部，所述籽晶夾頭組件驅(qū)動(dòng)部與所述籽晶夾頭組件傳動(dòng)連接。
[0017]采用上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型的有益效果是:由于本實(shí)用新型的藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐熱場(chǎng)的鎢筒內(nèi)的坩禍被坩禍支架支撐設(shè)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(chǎng)內(nèi)的溫度梯度一致。同時(shí)本實(shí)用新型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(jìn)行提拉時(shí)，熱場(chǎng)的密封性也保持良好，進(jìn)一步使熱場(chǎng)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(cuò)密度小，晶體晶界少、氣泡少。而本實(shí)用新型的藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐，因其設(shè)有本實(shí)用新型的熱場(chǎng)，使其生產(chǎn)晶體時(shí)，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。因此利用本實(shí)用新型的藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐的長(zhǎng)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，提尚了生廣效率。
[0018]由于下隔熱鉬屏上設(shè)有氧化鋯纖維底板；該結(jié)構(gòu)使熱場(chǎng)內(nèi)的保溫效果更佳。
[0019]由于不銹鋼桶外側(cè)依次設(shè)有加熱器、保溫層、爐體內(nèi)殼和爐體外殼；該結(jié)構(gòu)使本實(shí)用新型的熱場(chǎng)具有雙重加熱，也具有雙重的保溫，也使熱場(chǎng)的密封性良好，從而保證了熱場(chǎng)內(nèi)的溫度梯度一致性。
[0020]由于保溫層由氧化鋯制成；因氧化鋯是一種高級(jí)耐火原料，其熔融溫度約為2900°C，選取氧化鋯因?yàn)樗蜏馗咔冶匦Ч茫M(jìn)一步保證了溫度梯度的一致性。
[0021 ] 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(lán)寶石長(zhǎng)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?yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，從而使本實(shí)用新型節(jié)約了能源；同時(shí)還能夠持續(xù)的供電，間接的保證了溫度梯度的一致性。
[0022]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所述藍(lán)寶石長(zhǎng)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)還包括風(fēng)能系統(tǒng)，風(fēng)能系統(tǒng)通過逆變電源與電源模塊電連接；該風(fēng)能系統(tǒng)能夠?qū)L(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能，從而使本實(shí)用新型節(jié)約了能源；同時(shí)還能夠持續(xù)的供電，間接的保證了溫度梯度的一致性。
[0023]綜上所述，本實(shí)用新型的藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐熱場(chǎng)及設(shè)有該熱場(chǎng)的長(zhǎng)晶爐及其長(zhǎng)晶工藝相比于現(xiàn)有技術(shù)，解決了的技術(shù)問題晶體生長(zhǎng)過程中溫度梯度不一致，導(dǎo)致晶體有晶格缺陷，數(shù)值大于1000位錯(cuò)密度/pits, cm-2,晶體晶界多、氣泡多，這會(huì)嚴(yán)重影響藍(lán)寶石主導(dǎo)產(chǎn)品藍(lán)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(fèi)巨大，成本高，效率低，難以大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)問題；而本實(shí)用新型的藍(lán)寶石熱場(chǎng)及設(shè)有該熱場(chǎng)的藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐及其長(zhǎng)晶工藝，能夠保證晶體生產(chǎn)的溫度梯度一致，使生產(chǎn)的晶體質(zhì)量和晶體成品率高，也節(jié)省了企業(yè)的成本，提高了生產(chǎn)效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)工藝優(yōu)化，生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0024]圖1是本實(shí)用新型藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐熱場(chǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本實(shí)用新型藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3是本實(shí)用新型藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐的原理框圖；
[0027]圖4是本實(shí)用新型藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐長(zhǎng)晶工藝的流程圖；
[0028]圖中:1 一光伏電池組件、2—光伏處理模塊、3—風(fēng)能系統(tǒng)、4一逆變電源、5 —電網(wǎng)、6—電源模塊、7—中央處理器模塊、8—控制面板、9 一藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐熱場(chǎng)、90—不銹鋼桶、91 一擋板、92—鎢筒、93—坩禍保溫層、94 一氧化鋯纖維側(cè)屏、95—鎢坩禍、96—下隔熱鉬屏、97—氧化鋯纖維底板、98—坩禍支架、99—加熱籠組件、911—籽晶夾頭組件、912—上隔熱鑰屏、10 一加熱器、11 一保溫層、12 一爐體內(nèi)殼、13 一爐體外殼、14 一水系統(tǒng)、15 一真空系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0030]如圖1所示，一種藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐熱場(chǎng)包括不銹鋼桶90，不銹鋼桶90的上面設(shè)有桶蓋，桶蓋上開設(shè)有觀察孔，桶蓋內(nèi)側(cè)與觀察孔相對(duì)的位置設(shè)有擋板91，擋板91選用氧化鋯材質(zhì)制成。不銹鋼桶90內(nèi)設(shè)有鎢筒92，在不銹鋼桶90與鎢筒92之間設(shè)有氧化鋯纖維側(cè)屏94。鎢筒92內(nèi)設(shè)有加熱籠組件99，加熱籠組件99的上端設(shè)有上隔熱鉬屏912，加熱籠組件99內(nèi)設(shè)有坩禍，坩禍優(yōu)選鎢坩禍95。本實(shí)施例的鎢坩禍95側(cè)面、頂面、底面厚度均為
0.5±0.01mm。鎢坩禍95上方設(shè)有坩禍保溫層93。鎢坩禍95安裝在坩禍支架98上，坩禍支架98為柱形，其與鎢筒92之間填充有下隔熱鉬屏96。下隔熱鉬屏96上設(shè)有夾層，夾層內(nèi)固設(shè)有氧化鋯纖維底板97。本實(shí)施例的氧化鋯纖維底板97為圓盤結(jié)構(gòu)。
[0031]本實(shí)用新型的藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐熱場(chǎng)9還包括籽晶夾頭組件911，籽晶夾頭組件911包括籽晶桿，該籽晶桿懸掛在加熱籠組件99內(nèi)，并伸入鎢坩禍95內(nèi)。
[0032]本實(shí)用新型的藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐熱場(chǎng)9在生產(chǎn)時(shí)，因在鎢坩禍95的底部設(shè)置了氧化鋯纖維底板97，使熱場(chǎng)內(nèi)的溫度梯度一致。同時(shí)加熱籠組件99內(nèi)的籽晶夾頭組件911設(shè)在了熱場(chǎng)內(nèi)部，使其籽晶桿在進(jìn)行提拉操作時(shí)，不會(huì)影響熱場(chǎng)的密封性，也使熱場(chǎng)內(nèi)的溫度梯度一致。因此本實(shí)用新型的藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐熱場(chǎng)9提高了保溫效果，提高了晶體質(zhì)量和晶體成品率，為企業(yè)節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，熱場(chǎng)設(shè)計(jì)合理，生產(chǎn)工藝優(yōu)化，生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。
[0033]如圖2和圖3所不，一種藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐包括藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐熱場(chǎng)9，在藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐熱場(chǎng)9的不銹鋼桶90外側(cè)依次設(shè)有加熱器10、保溫層11、爐體內(nèi)殼12和爐體外殼13，其中保溫層11選用氧化鋯材質(zhì)制成，爐體內(nèi)殼12材質(zhì)為聚四氟乙烯。
[0034]本實(shí)用新型的藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐還包括水系統(tǒng)14和真空系統(tǒng)15，并且水系統(tǒng)14和真空系統(tǒng)15均與爐外殼體