專利名稱：一種藍(lán)寶石單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體生長爐中的熱場結(jié)構(gòu)，具體涉及一種冷心放肩微量提拉法生長藍(lán)寶石的單晶爐中的底部保溫結(jié)構(gòu)。背景技術(shù)：
藍(lán)寶石單晶作為目前廣泛采用的藍(lán)光GaN半導(dǎo)體襯底片，具有外延技術(shù)成熟、器件質(zhì)量好、可在高溫下保持穩(wěn)定及機(jī)械強(qiáng)度高，易于操作等優(yōu)點(diǎn)，成為目前綜合性能最好的GaN基藍(lán)白光LED半導(dǎo)體襯底材料。藍(lán)寶石單晶的制備技術(shù)包括焰熔法、提拉法、泡生法、坩堝下降法、導(dǎo)模法、熱交換法等，其中泡生法已經(jīng)過產(chǎn)業(yè)化證明是最適合生長大尺寸高品質(zhì)藍(lán)寶石單晶的方法。晶體生長系統(tǒng)主要包括控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱體、冷卻系統(tǒng)和保溫系統(tǒng)等。生長出高品質(zhì)藍(lán)寶石單晶的前提條件是必須有合理的溫場設(shè)計(jì)，只有溫場合理，才有可能有效控制晶體徑向和軸向的溫度梯度，生長出形狀理想、內(nèi)部缺陷少的高品質(zhì)藍(lán)寶石單晶。溫場受加熱系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)綜合因素的影響。保溫系統(tǒng)主要為隔熱屏，隔熱屏一般采用多層耐高溫金屬板(如鎢、鑰等)，其作用在于隔熱、減少熱損失，提高熱利用率，同時(shí)保證爐內(nèi)溫場均勻。保溫材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，既可以有效存儲(chǔ)熱量，保證生長單晶所需的溫度梯度，又可以將多余 熱量及時(shí)散出，使溫度調(diào)整更加容易。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以解決傳統(tǒng)泡生法單晶爐中使用的鑰下隔熱屏結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下使用過程中容易變形，溫場不夠合理，溫度調(diào)節(jié)難控制等問題的藍(lán)寶石單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:它包括氧化鋯保溫層和鑰隔熱屏，氧化鋯保溫層由氧化鋯纖維燒結(jié)制得的氧化鋯纖維磚組接而成，置于鑰隔熱屏上層，鑰隔熱屏由多層鑰片制成，氧化鋯保溫層與鑰隔熱屏間由氧化鋯纖維磚組接的陶瓷環(huán)分隔，多層鑰片由鑰螺栓和鑰螺母組接及固定。本發(fā)明還有這樣一些特征:
1、所述的氧化鋯保溫層為由21塊扇形氧化鋯纖維磚拼接的圓形塊體，氧化鋯保溫層直徑350 550mm,厚度10 50mm。2、所述的氧化鋯保溫層中間設(shè)置有比坩堝支撐棒直徑大0.5^2mm的圓孔，外徑比氧化鋯保溫層側(cè)面最內(nèi)層直徑小0.5 2mm。3、所述的氧化鋯保溫層中相鄰氧化鋯纖維磚間由2飛組相配合的半圓形定位凹槽與定位突起固定，定位凹槽與定位突起半徑5 15mm。4、所述的鑰隔熱屏由5 15層鑰片組成，鑰片外徑35(T550mm，內(nèi)徑比坩堝支撐棒直徑大0.5 2mm,鑰片厚度0.5 3mm,間距5 12mm。5、所述的氧化鋯保溫層與鑰隔熱屏間分隔用陶瓷環(huán)為2 4個(gè)，陶瓷環(huán)在氧化鋯保溫層徑向上均勻分布。6、所述的陶瓷環(huán)同樣由2 8個(gè)氧化鋯纖維磚環(huán)瓣組成，陶瓷環(huán)寬度l(T50mm，厚度10 30mmo7、所述的陶瓷環(huán)的氧化鋯纖維磚環(huán)瓣的拼接縫位于氧化鋯保溫層中氧化鋯纖維磚的中間。本發(fā)明的有益效果有:
1.氧化鋯具有使用溫度高(最高使用溫度可達(dá)2200°C)、導(dǎo)熱系數(shù)小(在金屬氧化物當(dāng)中導(dǎo)熱系數(shù)最低)、抗氧化、高溫下不易揮發(fā)、無污染等一系列優(yōu)良特性，是一種高性能的隔熱材料，在超高溫隔熱應(yīng)用方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。氧化鋯纖維磚還具有良好的機(jī)械性能和精確的幾何尺寸。2.本發(fā)明采用氧化鋯纖維磚制成單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)替代與靠近發(fā)熱體的部分傳統(tǒng)鑰隔熱屏，可避免鑰隔熱屏在高溫區(qū)的揮發(fā)而對(duì)發(fā)熱體、籽晶夾等內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成的影響，并避免了晶體生長過程中引入雜質(zhì)。3.本發(fā)明中氧化鋯保溫層由若干塊氧化鋯纖維磚拼接而成，可避免傳統(tǒng)鑰隔熱屏由于加熱、冷卻過程中產(chǎn)生的較大熱脹冷縮而引起變形，進(jìn)而帶來失效的問題。4.本發(fā)明中采用的氧化鋯纖維磚具有耐高溫、抗氧化的優(yōu)點(diǎn)，可以有效的延長隔熱屏的使用壽命。5.本發(fā)明中采用的氧化鋯纖維磚導(dǎo)熱系數(shù)小，可有效保持爐內(nèi)溫度，保溫效果好。6.本發(fā)明采用氧化鋯纖維磚制成單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)替代與靠近發(fā)熱體的部分傳統(tǒng)鑰隔熱屏，即可利用材料本身優(yōu)異的保溫特性，又可以避免單層氧化鋯保溫層導(dǎo)熱過慢的問題，延續(xù)保溫層的調(diào)溫敏感性。7.本發(fā)明采 用氧化鋯纖維磚制成單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)替代與靠近發(fā)熱體的部分傳統(tǒng)鑰隔熱屏，有利于形成均勻穩(wěn)定的溫場，溫度調(diào)節(jié)容易，保證合理的徑向和軸向的溫度梯度，符合冷心放肩微量提拉法對(duì)溫場分布的要求。8.本發(fā)明采用氧化鋯纖維磚制成單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)由于其優(yōu)異的隔熱保溫特性，熱量流失少，進(jìn)而減少了生長所需用電量，較傳統(tǒng)鑰隔熱屏節(jié)能1(Γ20%。本發(fā)明是在前期授權(quán)專利號(hào)ZL200920100239.0中公布的冷心放肩微量提拉法藍(lán)寶石單晶生長爐保溫結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，旨在提供一種更加易于調(diào)節(jié)溫場并建立合理溫度梯度，形成下部保溫性能相對(duì)優(yōu)于上部保溫性能，從而形成更加均勻的軸向溫度梯度的藍(lán)寶石單晶爐(單晶生長爐)的底部保溫結(jié)構(gòu)，以解決傳統(tǒng)泡生法單晶爐中使用的鑰隔熱屏結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下使用過程中容易變形，溫場不夠合理，溫度調(diào)節(jié)難控制等問題。

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意 圖2-圖4為氧化鋯保溫層結(jié)構(gòu)示意 圖5-圖7為陶瓷環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。結(jié)合圖1，本實(shí)施例示例的是冷心放肩微量提拉法藍(lán)寶石單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要包括兩部分，上部為氧化鋯纖維磚組成的氧化鋯保溫層1，下部為多層鑰片組成的鑰隔熱屏。結(jié)合圖2-圖4，氧化鋯保溫層由四塊外徑D2=350mm，內(nèi)徑Dl=61mm的氧化鋯纖維磚拼接的高度hi為IOmm的中空?qǐng)A形塊體。相鄰氧化鋯纖維磚之間在徑向均勻排布3組相配合的半徑為Rl=5mm和R2=5.2mm的半圓形定位突起與定位凹槽。氧化錯(cuò)保溫層與鑰隔熱屏之間設(shè)置有用于分隔的兩個(gè)氧化鋯陶瓷環(huán)2，陶瓷環(huán)結(jié)構(gòu)如圖5-圖7所示，陶瓷環(huán)厚度h2為10mm，內(nèi)徑分別為75mm和130mm，每個(gè)陶瓷環(huán)的拼接縫位于氧化鋯保溫層的中部。鑰隔熱屏3由6層外徑350mm，內(nèi)徑61mm，厚度Imm的鑰片組成，鑰隔熱屏用鑰螺栓和鑰螺母分隔固定。本實(shí)施例底 部保溫結(jié)構(gòu)適用于生長重量為31公斤大尺寸藍(lán)寶石單晶的單晶爐。
權(quán)利要求
1.一種藍(lán)寶石單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括氧化鋯保溫層和鑰隔熱屏，氧化鋯保溫層由氧化鋯纖維燒結(jié)制得的氧化鋯纖維磚組接而成，置于鑰隔熱屏上層，鑰隔熱屏由多層鑰片制成，氧化鋯保溫層與鑰隔熱屏間由氧化鋯纖維磚組接的陶瓷環(huán)分隔，多層鑰片由鑰螺栓和鑰螺母組接及固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種藍(lán)寶石單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氧化鋯保溫層為由21塊扇形氧化鋯纖維磚拼接的圓形塊體，氧化鋯保溫層直徑35(T550mm，厚度10 50mmo
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種藍(lán)寶石單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氧化鋯保溫層中間設(shè)置有比坩堝支撐棒直徑大0.5^2mm的圓孔，外徑比氧化鋯保溫層側(cè)面最內(nèi)層直徑小0.5 2_。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種藍(lán)寶石單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氧化鋯保溫層中相鄰氧化鋯纖維磚間由2飛組相配合的半圓形定位凹槽與定位突起固定，定位凹槽與定位突起半徑5 15mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種藍(lán)寶石單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的鑰隔熱屏由5 15層鑰片組成，鑰片外徑35(T550mm，內(nèi)徑比坩堝支撐棒直徑大0.5 2mm，鑰片厚度0.5 3mm,間距5 12_。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種藍(lán)寶石單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氧化鋯保溫層與鑰隔熱屏間分隔用陶瓷環(huán)為2 4個(gè)，陶瓷環(huán)在氧化鋯保溫層徑向上均勻分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種藍(lán)寶石單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陶瓷環(huán)同樣由2 8個(gè)氧化鋯纖維磚環(huán)瓣組成，陶瓷環(huán)寬度l(T50mm，厚度l(T30mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所 述的一種藍(lán)寶石單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陶瓷環(huán)的氧化鋯纖維磚環(huán)瓣的拼接縫位于氧化鋯保溫層中氧化鋯纖維磚的中間。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種藍(lán)寶石單晶爐底部保溫結(jié)構(gòu)。它包括氧化鋯保溫層和鉬隔熱屏，氧化鋯保溫層由氧化鋯纖維燒結(jié)制得的氧化鋯纖維磚組接而成，置于鉬隔熱屏上層，鉬隔熱屏由多層鉬片制成，氧化鋯保溫層與鉬隔熱屏間由氧化鋯纖維磚組接的陶瓷環(huán)分隔，多層鉬片由鉬螺栓和鉬螺母組接及固定。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)泡生法單晶爐中使用的鉬下隔熱屏結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下使用過程中容易變形，溫場不夠合理，溫度調(diào)節(jié)難控制等問題。
文檔編號(hào)C30B17/00GK103205804SQ20131015111
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者左洪波, 楊鑫宏, 丁廣博 申請(qǐng)人:哈爾濱奧瑞德光電技術(shù)股份有限公司