專利名稱：?jiǎn)尉уV制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及單晶錠制造領(lǐng)域，特別是涉及一種藍(lán)寶石單晶錠的制造裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)泡生法生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體過程中，通過一個(gè)環(huán)繞坩堝外側(cè)的主加熱器對(duì)坩堝內(nèi)的給料進(jìn)行融化。在此過程中，由于只有一個(gè)主加熱器，熔體中的對(duì)流較為嚴(yán)重，對(duì)流雖然可以將熔體中的氣泡帶出熔體表面。然而熔體中的對(duì)流很容易造成晶體生長(zhǎng)時(shí)的回熔現(xiàn)象，對(duì)晶體質(zhì)量造成不利的影響。因此，泡生法生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體時(shí)需要求熔體中的對(duì)流越小越好。為了獲得更大的藍(lán)寶石晶體，往往要增加坩堝尺寸。30Kg的藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)所使用的坩堝直徑一般在250mm以上，而且這一直徑還有繼續(xù)增加的趨勢(shì)，目的是為了獲得更大的晶體。然而，坩堝直徑增大以生長(zhǎng)大直徑(尤其是150mm以上)晶體時(shí)，熔體對(duì)流顯著增加，對(duì)晶體質(zhì)量的不利影響越明顯。如圖6中所示，左側(cè)為僅有一個(gè)主加熱器時(shí)熔體M’ 中的流函數(shù)圖，流函數(shù)等高線的密度反應(yīng)了對(duì)流的強(qiáng)弱，而圖6右側(cè)通過熱流矢量來反應(yīng)對(duì)流的強(qiáng)弱，熱流矢量線越密，則對(duì)流越強(qiáng)。從圖6中可以看到，熔體M’中存在兩個(gè)明顯的對(duì)流漩渦，一個(gè)在熔體M’的中心，一個(gè)在靠近坩堝2’的側(cè)壁的地方，對(duì)流強(qiáng)度較強(qiáng)，很容易造成晶體回熔，從而使晶體N質(zhì)量不好。另外，當(dāng)只有一個(gè)主加熱器時(shí)，即便在晶體生長(zhǎng)的后期只有較少的熔體時(shí)，為了保證熔體的溫度，仍然要求主加熱器保持較大的功率，使得藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)過程的功耗很大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本實(shí)用新型需要提供一種單晶錠制造裝置，所述裝置可以改善例如藍(lán)寶石的單晶錠形成過程中的對(duì)流以減小回熔現(xiàn)象的產(chǎn)生，有效地改善了晶體質(zhì)量，同時(shí)可以降低功耗，節(jié)約能源。根據(jù)本實(shí)用新型的單晶錠制造裝置，包括主體；設(shè)置在所述主體內(nèi)的坩堝；至少兩個(gè)主加熱器，所述至少兩個(gè)主加熱器沿所述坩堝的軸向彼此間隔開地設(shè)置在所述坩堝的四周，用于熔化容納在坩堝內(nèi)的給料，所述至少兩個(gè)主加熱器分別單獨(dú)控溫；籽晶夾頭，所述籽晶夾頭位于所述坩堝之上，用于夾持籽晶；保溫部件，所述保溫部件設(shè)置在所述坩堝的周圍；和底部加熱器，所述底部加熱器設(shè)在所述坩堝的下方且與坩堝的底部之間具有預(yù)定距離。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的單晶錠制造裝置，通過采用至少兩個(gè)單獨(dú)控溫的主加熱器，可以大幅度降低熔體中的對(duì)流，從而有效地改善晶體質(zhì)量。此外，在晶體生長(zhǎng)的后期，熔體液面下降，此時(shí)在保持下部主加熱器功率不變以保證熔體溫度不降的同時(shí)，可以大幅度降低上部加熱器的功率，從而有效降低了在整個(gè)晶體生長(zhǎng)過程的功耗并且可以防止因熔體溫度過低而出現(xiàn)粘鍋情況。另外，根據(jù)本實(shí)用新型上述實(shí)施例的單晶錠制造裝置還可以具有如下附加的技術(shù)特征根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述主加熱器包括兩個(gè)，且所述兩個(gè)主加熱器沿所述坩堝的軸向間隔開設(shè)置。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，所述主加熱器包括三個(gè)，且所述三個(gè)主加熱器沿所述坩堝的軸向間隔開設(shè)置。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的單晶錠制造裝置，經(jīng)過分別控制多個(gè)主加熱器的加熱功率，可以大幅度降低熔體中的對(duì)流，從而有效地改善晶體質(zhì)量。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述至少兩個(gè)主加熱器中的每一個(gè)均為一體地環(huán)形設(shè)置在所述坩堝的周向外側(cè)。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，所述至少兩個(gè)主加熱器中的每一個(gè)均包括至少兩個(gè)分加熱器，所述至少兩個(gè)分加熱器沿所述坩堝的周向依次排列設(shè)置在所述坩堝的外側(cè)?？蛇x地，所述分加熱器的數(shù)量為兩個(gè)且兩個(gè)分加熱器分別呈半圓形以圍繞所述坩堝外周。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述單晶錠制造裝置進(jìn)一步包括稱重單元，所述稱重單元連接至所述籽晶夾頭用于稱取晶體產(chǎn)品的重量，其中，所述主加熱器和/或所述底部加熱器基于所述稱重單元的檢測(cè)結(jié)果被控制加熱以防止晶體產(chǎn)品粘接到坩堝底部和/ 或側(cè)壁、并在發(fā)生粘接時(shí)熔化粘接至所述坩堝的晶體產(chǎn)品。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述單晶錠制造裝置進(jìn)一步包括熱交換器，所述熱交換器位于所述坩堝的頂部和籽晶夾頭之間，所述籽晶夾頭可升降地穿過所述熱交換器且所述熱交換器中通入冷卻介質(zhì)以對(duì)所述籽晶進(jìn)行冷卻。使用熱交換器可以促進(jìn)籽晶冷卻，對(duì)改善晶體的冷卻速度和溫度梯度有良好的效果，同時(shí)可以加快晶體生長(zhǎng)過程?？蛇x地，所述冷卻介質(zhì)為水或者氦氣。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述保溫部件包括第一保溫部件，所述第一保溫部件設(shè)置在所述坩堝的上方；第二保溫部件，所述第二保溫部件設(shè)置在所述主加熱器與所述主體之間；第三保溫部件，所述第三保溫部件設(shè)在所述底部加熱器與所述主體之間?？蛇x地，第一保溫部件為熱反射屏和/或保溫層；所述第二保溫部件為熱反射屏和/或保溫層，以及所述第三保溫部件為熱反射屏和/或保溫層。其中熱反射屏可以將從坩堝和加熱器輻射出來的熱量反射回去；保溫層也可以防止坩堝的熱量被散逸，以防止晶體內(nèi)部形成過大的溫度梯度，從而使得在結(jié)晶過程中，單晶錠不會(huì)與坩堝的內(nèi)壁粘接，晶體的內(nèi)應(yīng)力也得到控制。其中，所述熱反射屏由鎢、鉬、鎢鉬合金或石墨形成，所述保溫層由保溫碳?xì)中纬?。根?jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述主加熱器由鎢、鉬、鎢鉬合金或石墨形成。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述單晶錠為藍(lán)寶石晶錠。根據(jù)本實(shí)用新型的單晶錠制造裝置，通過采用至少兩個(gè)單獨(dú)控溫的主加熱器，可通過控制至少兩個(gè)主加熱器的功率而大幅度降低熔體中的對(duì)流，從而有效地改善晶體質(zhì)量，并有效降低了在整個(gè)晶體生長(zhǎng)過程的功耗。此外，通過對(duì)底部加熱器的功率控制，可有效控制晶體的生長(zhǎng)過程并可以防止粘鍋情況，從而實(shí)現(xiàn)了所述單晶錠的良好生長(zhǎng)，提高了所述藍(lán)寶石單晶錠的質(zhì)量，并提取方便。[0024]本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。

本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的單晶錠制造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖2是圖1中坩堝內(nèi)生長(zhǎng)單晶錠的部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1中所示的單晶錠制造裝置中的主加熱器的一個(gè)示例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖1中所示的單晶錠制造裝置中的主加熱器的另一個(gè)示例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖1中所示的單晶錠制造裝置的晶體生長(zhǎng)過程中的熔體中流函數(shù)圖(圖左側(cè))和熱場(chǎng)分布圖(圖右側(cè))；和圖6是傳統(tǒng)的單晶錠制造裝置的晶體生長(zhǎng)過程中的熔體中流函數(shù)圖(圖左側(cè))和熱場(chǎng)分布圖(圖右側(cè))，其中傳統(tǒng)的單晶錠制造裝置的主加熱器為一個(gè)。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本實(shí)用新型的描述中，術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”、“頂”、“底”等指示的方位或
位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型而不是要求本實(shí)用新型必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。下面將參照附圖來描述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的單晶錠制造裝置，其中圖1-圖3 是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的單晶錠制造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。此外，在下述中將以制造藍(lán)寶石單晶錠為例來描述單晶錠制造裝置。但是，需要說明的是，本實(shí)用新型的單晶錠制造裝置也可以利用制造其他類型的單晶，例如氮化鎵O^N)、鋰酸鋁等，此處只是出于示例的目的，而不是為了限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。如圖1-圖2所示，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的單晶錠制造裝置，包括主體1、坩堝2、 至少兩個(gè)主加熱器、籽晶夾頭4、保溫部件和底部加熱器6，其中坩堝2設(shè)置在主體1內(nèi)。至少兩個(gè)主加熱器沿坩堝2的軸向彼此間隔開地設(shè)置在坩堝2的四周，用于熔化容納在坩堝2內(nèi)的給料，其中至少兩個(gè)主加熱器分別單獨(dú)控溫。由此，在晶體生成過程中， 可通過獨(dú)立控制至少兩個(gè)主加熱器3的功率而大幅度降低熔體中的對(duì)流，從而有效地改善晶體質(zhì)量。此外，在晶體生長(zhǎng)的早期，設(shè)置靠近坩堝2上端的主加熱器31的功率大且靠近坩堝2下端的主加熱器32功率小，使熔體的對(duì)流弱，由此可以減少晶體回熔，提高晶體質(zhì)量。 隨著晶體生長(zhǎng)的進(jìn)行，固/液界面逐漸降低，上端的主加熱器31對(duì)熔體溫度場(chǎng)的影響越來越小，此時(shí)可以逐漸降低近坩堝2上端的主加熱器31的功率，從而可有效降低在整個(gè)晶體生長(zhǎng)過程的功耗。籽晶夾頭4位于坩堝2之上，用于夾持籽晶。保溫部件71設(shè)置在坩堝2的周圍。底部加熱器6設(shè)在坩堝2的下方且與坩堝2的底部之間具有預(yù)定距離，具體地，底部加熱器 6設(shè)置在坩堝2的底部中央，以在形成單晶錠的過程中加熱以防止單晶錠粘接到坩堝2的底部。具體地，在化料階段，底部加熱器6可以使用較大的功率，加快給料熔化的過程。 給料熔化后，繼續(xù)使用較大功率的底部加熱，增大熔體對(duì)流(底部加熱可以使熔體對(duì)流顯著加強(qiáng))，有利于排出熔體中的氣泡，改善晶體質(zhì)量。晶體生長(zhǎng)開始后，降低底部加熱器6 的功率，如果底部保溫效果好時(shí)甚至可以關(guān)閉底部加熱器6，此時(shí)可以通過控制多個(gè)主加熱器功率分配將熔體中的對(duì)流調(diào)整到最小。在晶體生長(zhǎng)的最后階段，晶體接近坩堝2的底部， 此時(shí)底部加熱器6需要保持一定大小的功率，目的是使坩堝2的底部保持在藍(lán)寶石的熔點(diǎn) (20500C )以上，比如2050-2070°C，可以防止生成的晶體與坩堝粘接在一起。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的單晶錠制造裝置，通過采用至少兩個(gè)單獨(dú)控溫的主加熱器，可以大幅度降低熔體中的對(duì)流，從而有效地改善晶體質(zhì)量。此外，在晶體生長(zhǎng)的后期，熔體液面下降，此時(shí)在保持下部主加熱器功率不變以保證熔體溫度不降的同時(shí)，可以大幅度降低上部加熱器的功率，從而有效降低了在整個(gè)晶體生長(zhǎng)過程的功耗并且可以防止因熔體溫度過低而出現(xiàn)粘鍋情況。在上述的制造藍(lán)寶石單晶錠的裝置100中，主體1、坩堝2等可以形成為圓柱體形， 但是需要說明的是，主體1、坩堝2等也可以形成為其他的形狀，例如長(zhǎng)方體形等，此處只是出于說明的目的，而不是為了限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，主加熱器3包括兩個(gè)，即包括上主加熱器31和下主加熱器32，如圖1所示，兩個(gè)主加熱器沿所述坩堝的軸向間隔開設(shè)置。而在本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例中，主加熱器3包括三個(gè)即上、中、下主加熱器，且三個(gè)主加熱器沿所述坩堝的軸向間隔開設(shè)置(圖未示出)。在下面的描述中均以其中主加熱器3包括兩個(gè)為例對(duì)本實(shí)用新型的單晶錠制造裝置進(jìn)行說明，但可以理解的是，主加熱器3包括三個(gè)或者三個(gè)以上時(shí)的單晶錠制造裝置的原理和操作方式也是同樣的，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。當(dāng)然，加熱器3包括三個(gè)或者三個(gè)以上時(shí)，雖然控制難度增加了，但在深熔體時(shí)更容易降低對(duì)流強(qiáng)度，且也越容易做到降低功耗。如圖1所示，上主加熱器31和下主加熱器32分別獨(dú)立控溫，并沿坩堝2的軸向彼此間隔開地設(shè)置在坩堝2的四周，這樣，經(jīng)過控制上主加熱器31和下主加熱器32的加熱功率，可以大幅度降低熔體中的對(duì)流，從而有效地改善晶體質(zhì)量。如圖5中所示，在沒有設(shè)置底部加熱器的情況下，通過控制上主加熱器31和下主加熱器32的加熱功率，就可以顯著降低對(duì)流的強(qiáng)度，無論是左邊熔體M中的流函數(shù)等高線的密度，還是右邊熱流矢量線的密度均比只有單個(gè)主加熱器時(shí)大大減弱了，此時(shí)生成的晶體N質(zhì)量較高。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，主加熱器中的每一個(gè)均為一體地環(huán)形設(shè)置在坩堝 2的周向外側(cè)，也就是說，上主加熱器31和下主加熱器32均為一體環(huán)形設(shè)置，如圖3中所示。而在本實(shí)用新型的另外一個(gè)實(shí)施例中，主加熱器中的每一個(gè)均包括至少兩個(gè)分加熱器 30，且至少兩個(gè)分加熱器沿坩堝2的周向依次排列設(shè)置在坩堝2的外側(cè)。在本實(shí)用新型的其中一個(gè)示例中，如圖4中所示，分加熱器30的數(shù)量為兩個(gè)且兩個(gè)分加熱器30分別呈半圓形以圍繞坩堝2的外周。當(dāng)然，可以理解的是，分加熱器30的數(shù)量也可以是三個(gè)或三個(gè)以上，但需要將多個(gè)分加熱器的正極和負(fù)極分別連接以對(duì)多個(gè)分加熱器30分別進(jìn)行加熱。[0044]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，單晶錠制造裝置進(jìn)一步包括稱重單元9，稱重單元 9連接至籽晶夾頭4，用于稱取晶體產(chǎn)品的重量，上主加熱器31、下主加熱器32和/或底部加熱器6的加熱基于稱重單元9的檢測(cè)結(jié)果被控制加熱，并以防止晶體產(chǎn)品粘接到坩堝2 的底部和/或側(cè)壁、并在發(fā)生粘接時(shí)熔化粘接至坩堝的晶體產(chǎn)品。具體地，根據(jù)稱重單元的檢測(cè)結(jié)果控制上主加熱器31、下主加熱器32和底部加熱器6的加熱，根據(jù)晶體重量的變化來調(diào)整底部加熱器6和上主加熱器31、下主加熱器32的加熱功率，使坩堝2的底部和/或側(cè)壁保持適當(dāng)?shù)臏囟忍荻?，并防止籽晶粘接至坩?的底部和側(cè)壁。在單晶錠結(jié)晶的過程中若粘接至坩堝2的底部或側(cè)壁上時(shí)，該稱重單元9便可檢測(cè)到晶體重量的突然變化，從而觸發(fā)控制信號(hào)或手動(dòng)控制，使得溫控部件6和/或主加熱器3基于檢測(cè)結(jié)果被控制加熱對(duì)坩堝進(jìn)行加熱，以熔化被粘接到坩堝2的單晶。在本實(shí)用新型的一個(gè)示例中，稱重單元9設(shè)在主體1外，例如在籽晶夾頭4的縱向正上方，如圖1中所示。而在本實(shí)用新型的另一個(gè)示例中，稱重單元9也可設(shè)在主體1內(nèi)坩堝2的上方，例如設(shè)在籽晶夾頭4的縱向正上方(圖未示出)。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)一步包括熱交換器5，熱交換器5位于坩堝2的頂部和籽晶夾頭4之間，籽晶穿過熱交換器5且熱交換器5中通入冷卻介質(zhì)以對(duì)籽晶進(jìn)行冷卻?？蛇x地，冷卻介質(zhì)為水或者氦氣。由此，通過利用熱交換器5，可以通過從主體1之外將用于熱交換的冷卻介質(zhì)例如水或氦氣循環(huán)地通入到熱交換器5內(nèi)來控制坩堝2內(nèi)的熱交換，以控制部分熔化的籽晶和熔化的給料的定向凝固，并實(shí)現(xiàn)了例如水或氦氣的冷卻介質(zhì)的充分利用。使用熱交換器促進(jìn)了籽晶冷卻，對(duì)改善晶體的冷卻速度和溫度梯度有良好的效果，同時(shí)加快了晶體生長(zhǎng)過程。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，保溫部件包括第一保溫部件71、第二保溫部件72 和第三保溫部件73，如圖1所示，第一保溫部件71設(shè)置在坩堝2的上方，第二保溫部件72 設(shè)置在多個(gè)主加熱器與主體1之間，也就是說，第二保溫部件72圍繞在多個(gè)主加熱器的外圍。第三保溫部件73設(shè)在底部加熱器6與主體1之間。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，第一保溫部件71為熱反射屏，如圖1和圖2所示， 熱反射屏7用于將來自坩堝2的熱量反射回坩堝2內(nèi)節(jié)省能量。當(dāng)然，第一保溫部件71也可以為保溫層，以防止坩堝的熱量被散逸。進(jìn)一步地，在熱交換器5的熱交換作用和第一保溫部件71的保溫作用的共同影響下，坩堝內(nèi)熔體的橫向溫度梯度小，從而使得如圖2中所示的單晶錠沿著橫向方向的結(jié)晶速度小于沿著縱向方向的結(jié)晶速度，使單晶錠在結(jié)晶的初始階段大致沿著豎直的方向生長(zhǎng)，即在晶體生長(zhǎng)的初始階段單晶錠橫向生長(zhǎng)少，熔體中的氣泡可以方便地沿著晶體的外表面上浮并排出坩堝，因此提高了所結(jié)晶的單晶錠的質(zhì)量。在本實(shí)用新型的一個(gè)示例中，第二保溫部件72和第三保溫部件73可為熱反射屏。 熱反射屏可用于反射坩堝2和主加熱器3向外輻射的熱量，其中熱反射屏與坩堝2和主加熱器的外表面分開預(yù)定的距離，該熱反射屏可以將從坩堝2和加熱器輻射出來的熱量反射回去。在本實(shí)用新型的另一個(gè)示例中，第二保溫部件72和第三保溫部件73可為保溫層， 用于對(duì)坩堝2的側(cè)壁和底部進(jìn)行保溫，從而使得在結(jié)晶過程中晶體產(chǎn)品不會(huì)與坩堝2的底部粘接。此外，該保溫層也可以防止坩堝2的熱量被散逸，以防止晶體內(nèi)部形成過大的溫度梯度。[0050]當(dāng)然，本實(shí)用新型并不限于此。可以理解的是，第二保溫部件72和第三保溫部件 73并不必須是同樣的熱反射屏或是保溫層，在本實(shí)用新型的其中一些示例中，第二保溫部件72可為圍繞在坩堝2四周的熱反射屏來反射從坩堝輻射出的熱量，而第三保溫部件73 可為保溫層防止坩堝底部散逸出的熱量。當(dāng)然，在本實(shí)用新型的另外一些示例中，第二保溫部件72可為圍繞在坩堝2四周的保溫層，而第三保溫部件73可為熱反射屏。進(jìn)一步可以理解的是，第二保溫部件72和第三保溫部件73還可以是結(jié)合后的熱反射屏和保溫層。在上述描述中提到的熱反射屏可由鎢、鎢鉬合金或石墨形成，保溫層由保溫碳?xì)中纬?。在本?shí)用新型的一些實(shí)施例中，籽晶夾頭4在引晶階段的旋轉(zhuǎn)速度為5-lOrpm，其提升速度為0. 01-0. 4毫米/小時(shí)，在籽晶的結(jié)晶過程中，籽晶夾頭逐漸由快到慢地向上提升，從而可使單晶錠形成更均勻且沿縱向的單晶生長(zhǎng)質(zhì)量更好。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述主加熱器3由鎢、鉬、鎢鉬合金或石墨形成。下面將參照?qǐng)D1-圖2來簡(jiǎn)單描述制造藍(lán)寶石單晶錠的過程。首先將藍(lán)寶石多晶給料放入到坩堝中，并對(duì)主體1內(nèi)抽真空，然后利用多個(gè)主加熱器進(jìn)行化料。此時(shí)，底部加熱器6可以使用較大的功率，加快給料熔化的過程?；贤瓿珊?，進(jìn)入引晶階段，此時(shí)籽晶穿過熱交換器5，進(jìn)入熔體，實(shí)現(xiàn)籽晶部分熔化。此時(shí)將流體通入到熱交換器5內(nèi)，且流體的流速在化料階段控制成保持所述籽晶被部分熔化，并使籽晶夾頭4以5-lOrpm的速度旋轉(zhuǎn)，且逐漸向上提升，以控制籽晶的引晶過程。 同時(shí)，底部加熱器6繼續(xù)使用較大功率的底部加熱，增大熔體對(duì)流，有利于排出熔體中的氣泡，改善晶體質(zhì)量。引晶完成后開始晶體的定向凝固生長(zhǎng)，在晶體生長(zhǎng)的初始階段，控制使上主加熱器31的功率大且下主加熱器32的功率小，使得熔體的對(duì)流弱，可以減少晶體回熔，提高晶體質(zhì)量。同時(shí)，降低底部加熱器6的功率，如果底部保溫效果好時(shí)甚至可以關(guān)閉底部加熱器 6，此時(shí)可以通過控制多個(gè)主加熱器功率分配將熔體中的對(duì)流調(diào)整到最小。由于隨著晶體生長(zhǎng)的進(jìn)行，固/液界面逐漸降低，上端的主加熱器31對(duì)熔體溫度場(chǎng)的影響越來越小，由此， 此時(shí)逐漸降低近坩堝2上端的上主加熱器31的功率，從而有效降低了在整個(gè)晶體生長(zhǎng)過程的功耗。待晶體的底部生長(zhǎng)接近坩堝底部時(shí)，進(jìn)入單晶生長(zhǎng)的中后期，此時(shí)底部加熱器6 需要保持一定大小的功率，目的是使坩堝2的底部保持在藍(lán)寶石的熔點(diǎn)(2050°C )以上，比如2050-2070°C，可以防止生成的晶體與坩堝粘接在一起，從而實(shí)現(xiàn)了單晶錠的良好生長(zhǎng)。單晶錠完成后，保溫以降低晶體內(nèi)應(yīng)力，然后緩慢冷卻出爐。如上所述，根據(jù)本實(shí)用新型的單晶錠制造裝置，通過采用至少兩個(gè)單獨(dú)控溫的主加熱器，可通過控制至少兩個(gè)主加熱器3的功率而大幅度降低熔體中的對(duì)流，從而有效地改善晶體質(zhì)量，并有效降低了在整個(gè)晶體生長(zhǎng)過程的功耗。此外，通過對(duì)底部加熱器6的功率控制，可有效控制晶體的生長(zhǎng)過程并可以防止粘鍋情況，從而實(shí)現(xiàn)了所述單晶錠的良好生長(zhǎng)，提高了所述藍(lán)寶石單晶錠的質(zhì)量，并提取方便。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。 盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解 在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求1.一種單晶錠制造裝置，其特征在于，包括 主體；設(shè)置在所述主體內(nèi)的坩堝；至少兩個(gè)主加熱器，所述至少兩個(gè)主加熱器沿所述坩堝的軸向彼此間隔開地設(shè)置在所述坩堝的四周，用于熔化容納在坩堝內(nèi)的給料，所述至少兩個(gè)主加熱器分別單獨(dú)控溫； 籽晶夾頭，所述籽晶夾頭位于所述坩堝之上，用于夾持籽晶； 保溫部件，所述保溫部件設(shè)置在所述坩堝的周圍；和底部加熱器，所述底部加熱器設(shè)在所述坩堝的下方且與坩堝的底部之間具有預(yù)定距1 O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶錠制造裝置，其特征在于，所述主加熱器包括兩個(gè)，且所述兩個(gè)主加熱器沿所述坩堝的軸向間隔開設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶錠制造裝置，其特征在于，所述主加熱器包括三個(gè)，且所述三個(gè)主加熱器沿所述坩堝的軸向間隔開設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的單晶錠制造裝置，其特征在于，所述至少兩個(gè)主加熱器中的每一個(gè)均為一體地環(huán)形設(shè)置在所述坩堝的周向外側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的單晶錠制造裝置，其特征在于，所述至少兩個(gè)主加熱器中的每一個(gè)均包括至少兩個(gè)分加熱器，所述至少兩個(gè)分加熱器沿所述坩堝的周向依次排列設(shè)置在所述坩堝的外側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單晶錠制造裝置，其特征在于，所述分加熱器的數(shù)量為兩個(gè)且兩個(gè)分加熱器分別呈半圓形以圍繞所述坩堝外周。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶錠制造裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括稱重單元，所述稱重單元連接至所述籽晶夾頭用于稱取晶體產(chǎn)品的重量，其中，所述主加熱器和/或所述底部加熱器基于所述稱重單元的檢測(cè)結(jié)果被控制加熱以防止晶體產(chǎn)品粘接到坩堝底部和/或側(cè)壁、并在發(fā)生粘接時(shí)熔化粘接至所述坩堝的晶體產(chǎn)PΡΠ O
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶錠制造裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括熱交換器，所述熱交換器位于所述坩堝的頂部和籽晶夾頭之間，所述籽晶夾頭可升降地穿過所述熱交換器且所述熱交換器中通入冷卻介質(zhì)以對(duì)所述籽晶進(jìn)行冷卻。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的單晶錠制造裝置，其特征在于，所述冷卻介質(zhì)為水或者氦氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶錠制造裝置，其特征在于，所述保溫部件包括 第一保溫部件，所述第一保溫部件設(shè)置在所述坩堝的上方；第二保溫部件，所述第二保溫部件設(shè)置在所述主加熱器與所述主體之間； 第三保溫部件，所述第三保溫部件設(shè)在所述底部加熱器與所述主體之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的單晶錠制造裝置，其特征在于，第一保溫部件為熱反射屏和/或保溫層；所述第二保溫部件為熱反射屏和/或保溫層；以及所述第三保溫部件為熱反射屏和/或保溫層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的單晶錠制造裝置，其特征在于，所述熱反射屏由鎢、鉬、鎢鉬合金或石墨形成，所述保溫層由保溫碳?xì)中纬伞?br> 13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶錠制造裝置，其特征在于，所述主加熱器由鎢、鎢鉬合金或石墨形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶錠制造裝置，其特征在于，所述單晶錠為藍(lán)寶石晶錠。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種單晶錠制造裝置，包括主體；設(shè)置在主體內(nèi)的坩堝；至少兩個(gè)主加熱器，所述至少兩個(gè)主加熱器沿坩堝的軸向彼此間隔開地設(shè)置在坩堝的四周且分別單獨(dú)控溫；位于坩堝之上用于夾持籽晶的籽晶夾頭；設(shè)置在所述坩堝周圍的保溫部件；和設(shè)在所述坩堝的下方的底部加熱器。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的單晶錠制造裝置，通過采用至少兩個(gè)單獨(dú)控溫的主加熱器，可大幅度降低熔體中的對(duì)流，以有效地改善晶體質(zhì)量。此外，在晶體生長(zhǎng)的后期，熔體液面下降，此時(shí)在保持下部主加熱器功率不變以保證熔體溫度不降的同時(shí)，可以大幅度降低上部加熱器的功率，從而有效降低了在整個(gè)晶體生長(zhǎng)過程的功耗并且可以防止因熔體溫度過低而出現(xiàn)粘鍋情況。
文檔編號(hào)C30B17/00GK202030860SQ20112001910
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者李園 申請(qǐng)人:王楚雯