使用用于石墨热区的部件的锅炉的制作方法

文档序号:9438258阅读:429来源:国知局
使用用于石墨热区的部件的锅炉的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及晶体生长锅炉和热区,并且更具体地涉及提供一种在锅炉的热区和坩锅之间形成的屏障,该屏障不可渗透石墨/碳或所有其它不期望的成分和/或组分,以防止在晶体生长过程中蓝宝石晶体受到污染。
【背景技术】
[0002]热区是用于各种应用的高温锅炉的部分,所述应用包括诸如蓝宝石、硅和其它类似材料的晶体的生长。在晶体生长过程中,热区通常包括至少一个加热元件和环绕该加热元件的至少一个隔离元件。位于坩锅中的装料在热区内熔化,并且然后逐渐地允许在锅炉中冷却,由此形成所期望的晶体。
[0003]热区的隔离元件通常由石墨(或其它含碳材料)和/或一个或多个难熔金属形成。另外,为了它们的降低的成本,加热元件也可以由石墨制成。与难熔金属热区相比,石墨热区是相对便宜的,而且也提供优良的隔热效果,但是一个较大的问题是在晶体生长过程中坩锅内所包含的熔化物会受到污染。更具体地,例如独立于石墨加热元件和/或石墨隔离元件而作为微粒或气态物质的碳原子或其它分子等任何污染物可能与熔化物相互作用,并且在晶体生长过程中引起晶体内的一个或多个缺点或缺陷。此类缺点或缺陷由此导致锅炉不良的性能或导致长大的晶体的某部分不令人满意,因为晶体的此类缺陷部分不能用于进一步加工并且一般必须丢弃。
[0004]考虑到以上【背景技术】,需要一种系统和方法,该系统和方法防止任何的碳或不期望的成分和/或组分到达石墨加热区以及锅炉的其它部分,并且防止在晶体生长过程中任何的碳或不期望的成分和/或组分与熔化物相互作用或污染熔化物。

【发明内容】

[0005]由此,本发明的目的是克服与现有技术相关联的上述缺陷和缺点。
[0006]本发明的一个目的是提供一种用于生长晶体并且特别地用于生长蓝宝石晶体的改进的锅炉。该锅炉包括:锅炉壳体;热区,该热区包括隔离件和至少一个加热器;坩锅,该坩锅位于该热区内;以及坩锅盖,该坩锅盖位于该坩锅开口处并至少部分地覆盖该坩锅开口。该坩锅盖包括第一管道,该第一管道从该坩锅盖向上竖直延伸并且提供通达坩锅的内室的入口。该坩锅盖和第一管道辅助将包含在坩锅内的熔化物与锅炉的其余部分进一步分开和/或隔开。
[0007]本发明的另一目的是提供一种用于生长蓝宝石晶体的锅炉。该锅炉包括:锅炉壳体;热区,该热区包括隔离件和至少一个加热器;坩锅,该坩锅位于该热区内;以及坩锅封围件,该坩锅封围件环绕该坩锅的外壁的至少一部分和/或顶部开口,以用于防止碳或不期望的成分和/或组分进入锅炉的石墨热区和其它部分,防止在晶体生长过程中污染包含在坩锅内的熔化物并防止与所述熔化物相互作用。
[0008]本发明的又一目的是提供一种包含在坩锅内的熔化物和石墨热区之间的不可渗透的屏障,以防止在晶体生长过程中对熔化物的任何不期望的污染,并且由此最小化在晶体生长过程中晶体内产生任何缺陷的可能性。
[0009]本发明的再一目的是,用诸如氩气或氦气等所期望的(惰性)气体对坩锅的内室进行略微加压,并且缓慢地将所供应的所期望的(惰性)气体的一部分放出或排出到锅炉的其余区域,以最小化来自热区的诸如分子、原子或微小颗粒或组分等任何污染物从该热区流入坩锅的内室。
[0010]本发明的又一目的是,完全地封围或包围坩锅以及包含在坩锅中同时位于锅炉中的熔化物,以防止在晶体生长过程中任何碳或其它不期望的原子、分子和/或杂质经由坩锅的顶部开口或者经由坩锅的外表面迀移以及最终迀移到包含在坩锅内的熔化物并且污染所述熔化物。
[0011]本发明的又一目的是,将坩锅和熔化物与锅炉的例如热区、隔离件等其余部分完全地或者至少充分地分开或以其它方式隔离或隔开,同时在晶体生长过程中仍旧允许高温计弓I入到坩锅的内室中并且监控晶体。
[0012]本发明的再一目的是将坩锅的整个外表面用不可渗透碳和/或其它不期望的组分的材料完全加衬、涂敷或镀覆,以在晶体生长过程中防止碳和/或其它不期望的组分流动或迀移通过坩锅壁并进入包含在坩锅内的熔化物。
[0013]本发明也涉及一种用于生长蓝宝石晶体的锅炉,该锅炉包括:锅炉壳体;热区,该热区包括均容置在该锅炉壳体内的隔离件和至少一个加热器;坩锅,该坩锅位于该热区内并且该坩锅具有开口 ;以及坩锅盖,该坩锅盖在该坩锅的开口处覆盖并且该坩锅盖具有从该坩锅盖延伸的第一管道。
[0014]本发明也涉及一种用于生长蓝宝石晶体的锅炉,该锅炉包括:锅炉壳体;热区,该热区包括均容置在该锅炉壳体内的隔离件和至少一个加热器;坩锅,该坩锅位于该热区内并且该坩锅具有开口 ;以及坩锅封围件,该坩锅封围件环绕该坩锅的外壁的至少一部分,其中该坩锅封围件至少不可渗透碳。
[0015]本发明还涉及一种用于在锅炉中生长蓝宝石的方法,该锅炉包括:锅炉壳体;热区,该热区包括均容置在该锅炉壳体内的隔离件和至少一个加热器;坩锅,该坩锅位于该热区内并且该坩锅具有开口 ;以及坩锅封围件或坩锅盖中的至少一个,该坩锅封围件至少不可渗透碳、至少覆盖该坩锅的开口和该坩锅的侧壁的至少一部分,该坩锅盖在该坩锅的开口处覆盖并且第一管道从该坩锅盖延伸,该方法包括以下步骤:藉由坩锅封围件和坩锅盖中的至少一个以及第一管道形成屏障,该屏障位于包含在该坩锅内的熔化物和该锅炉的热区之间以在锅炉中生长蓝宝石晶体时防止包含在该坩锅内的熔化物受到碳的污染。
【附图说明】
[0016]包含在本说明书中并组成说明书的一部分的附图示出本发明的各实施例,并且与以上给出的对本发明的总体描述和以下给出的对附图的详细描述一起用于解释本发明的原理。应当理解的是附图不必按比例绘制,因为强调的是说明本发明的原理。现将参照附图以示例的方式描述本发明,附图中:
[0017]图1是根据本发明的第一实施例的锅炉的示意性剖视图;
[0018]图2是根据本发明的第二实施例的锅炉的示意性剖视图;
[0019]图3是根据本发明的第三实施例的锅炉的示意性剖视图;
[0020]图4是根据本发明的第四实施例的锅炉的示意性剖视图;
[0021]图5是根据本发明的第五实施例的锅炉的示意性剖视图;
[0022]图6是根据本发明的第六实施例的锅炉的示意性剖视图;
[0023]图6A是与图6类似的锅炉的示意性剖视图,其示出了由相对薄的衬料、涂料或材料层形成的坩锅封围件;
[0024]图7是根据本发明的第七实施例的锅炉的示意性剖视图;以及
[0025]图8是根据本发明的第八实施例的锅炉的示意性剖视图。
【具体实施方式】
[0026]本发明涉及通过熔融蓝宝石的定向凝固而实现的晶体生长,如在共同未决的申请、美国专利申请系列第12/588,656号和第12/909,471号中所描述的方法,这些参考文献的每个的全部内容通过引用的方式纳入本文。
[0027]通过参照以下具体描述来理解本发明,以下具体描述应当结合附图来阅读。应当理解的是,涉及实施本发明的各个实施例的以下具体描述是仅通过实例实现的,并且并不意在以任何方式限制本发明的范围。
[0028]现在参照图1,该系统总体上包括用于生长蓝宝石晶体的锅炉100,并且该锅炉100包括外锅炉壳体103。加热器107以常规方式与常规的隔离件105 —起容纳在锅炉100中,并且该加热器107和隔离件105—起形成通常所谓的“热区”,因此不提供涉及该热区的进一步详细说明。隔离件105总体上包括平面顶部屏蔽隔离件106、圆筒侧屏蔽隔离侧104以及通常为平面的底部屏蔽隔离件108,各个隔离件一起为锅炉的顶部、侧部和底部隔热。顶部屏蔽隔离件106通常包括中心定位的孔123,该孔123用于允许诸如探针杆或高温计等所需仪器121从中穿过并且进入锅炉内部,并进入坩锅109的内室110,以检测所需的参数,所述参数诸如是温度、晶体生长速度等。坩锅109通常位于锅炉的热区内并且由该热区容纳。该坩锅109的内室110通常填充有所需的耔晶材料115以及所需的源材料(在该图中未详细示出)。在该晶体
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