一种80kg以上大尺寸蓝宝石单晶的制作方法
【专利说明】
[0001](一)
技术领域
[0002]本实用新型涉及一种80kg以上大尺寸蓝宝石单晶的生长工艺，具体涉及一种结合提拉法和泡生法优势的大尺寸蓝宝石单晶生长工艺。
[0003](二)
【背景技术】
[0004]蓝宝石单晶具有优异的光学、机械、化学和电性能，可在接近2000°C高温的恶劣条件下工作，被广泛用作各种光学元件、红外军事装置、空间飞行器和高强度激光器的窗口材料，并且成为目前LED用半导体衬底的首选材料。
[0005]随着对蓝宝石应用市场的开发，尤其在民用市场方面(如手机屏、表镜等)的不断扩展，对蓝宝石单晶的需求量也随之增加，许多行业相关企业为此都纷纷扩产。面对愈加激烈的市场竞争，晶体生长企业不但要提高晶体质量，同时，更为重要的是增大蓝宝石晶锭的尺寸，以满足更大尺寸蓝宝石产品的需求。
[0006]然而，生长大尺寸蓝宝石单晶时会面临更多的问题:如大尺寸蓝宝石单晶更容易因粘祸、底部多晶、晶体应力大等问题导致晶体开裂。另外，大尺寸晶体生长对热场设计及工艺的要求更加严格，热场的合理设计是生长高品质大尺寸蓝宝石单晶的基础，然而，由于泡生法本身的特点，工艺的制定也尤为重要，否则晶体容易产生气泡、云雾等缺陷，降低出材率。因此，生长大尺寸蓝宝石单晶必须制定一套合理的生长工艺。
[0007]蓝宝石单晶的众多生长方法中，泡生法(KY)与提拉法(CZ)原理基本相同，主要不同之处在于，传统KY法生长时只拉出晶体头部，晶体部分靠温度变化控制晶体生长，晶体始终处于熔体包围中，应力较小。而CZ法在生长过程中一直以一定的速度向上提拉，晶体在液面上结晶，处于冷区，晶体生长速度较快。另外，CZ法在提拉的同时伴随着旋转，其优势在于晶体受热均匀，外形平滑，不易粘祸，拉脱自动化控制。但由于生长出的晶体部分一直处于旋转状态，转动引起的强制对流和重力场下的自然液流叠加会形成复杂的液流，容易引入缺陷。
[0008]冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)源于CZ法，但在生长过程中伴随着微量提拉，既可以保证晶体的生长界面微凸，又可以避免提拉速度过快而造成的熔体扰动，有利于减少晶体缺陷。但针对大尺寸蓝宝石单晶生长过程中出现的问题，可以进一步借鉴提拉法的优势，取长补短，以生长出高品质蓝宝石单晶。
[0009](三)【实用新型内容】
[0010]本实用新型针对大尺寸蓝宝石单晶生长所面临的主要问题，在原有SAPMAC法蓝宝石单晶生长工艺的基础上，结合提拉法工艺优势，进行重新设计，形成一种可以解决大尺寸蓝宝石单晶易粘祸、底部易产生多晶、内部缺陷多等问题的80kg以上大尺寸蓝宝石单晶。
[0011]本实用新型的目的是这样实现的:它从上而下由半径逐渐增大的引晶部分1、放肩部分2、等径部分3和收尾拉脱部分4四部分组成，引晶部分I为垂直对称W型，放肩部分为1.0~1.5kg半径逐渐增大的伞形，等径部分3为半径与放肩部分底部半径相同的圆柱形，收尾拉脱部分4为半径逐渐增大的圆锥形，半径小于坩祸5半径。
[0012]本实用新型还有这样一些特征:
[0013]1、所述的放肩部分设置有转肩单元，转肩单元为伞形下半部分，截面呈圆形。
[0014]本实用新型的有益效果有:
[0015]1.本实用新型中放肩部分为放慢晶体的生长速度得到的，界面处聚集的气体有足够的时间逸出熔体表面，降低了晶体内部俘获气泡的几率。
[0016]2.本实用新型的转肩单元周围受热均匀，降低了晶体粘祸的几率，减小晶体内应力。
[0017]3.本实用新型的转肩单元形成时应增大提拉速度，降低炉体侧壁热交换器散热能力，使放肩角减小，保证晶体生长界面微凸状态，即可减少晶体内部缺陷的几率，也可以避免晶体肩部与等径过渡部位产生较大的应力。
[0018]4.本实用新型的等径部分生长阶段中，适当加快降温速度，减小提拉速度有利于缩短工艺时长，降低成本，同时可以避免因提拉速度快而造成掉祸的问题。
[0019]5.本实用新型的收尾拉脱部分生长过程实现了拉脱自动化，避免了大尺寸蓝宝石单晶底部容易产生多晶及晶体易掉祸的问题，降低了单晶开裂的几率。
[0020](四)
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型结构示意图。
[0022](五)
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
[0024]结合图1，本实施例分为四部分，它从上而下由半径逐渐增大的引晶部分1、放肩部分2、等径部分3和收尾拉脱部分4四部分组成，引晶部分I为垂直对称W型，放肩部分为1.0~1.5kg半径逐渐增大的伞形，等径部分3为半径与放肩部分底部半径相同的圆柱形，收尾拉脱部分4为半径逐渐增大的圆锥形，半径小于坩祸5半径。本实施例四部分分别对应生长工艺的控制阶段:引晶阶段1、放肩阶段II (细分为放肩初期与转肩修形)、等径阶段III和收尾拉脱阶段IV，最后进行降温退火。
【主权项】
1.一种80kg以上大尺寸蓝宝石单晶，其特征在于它从上而下由半径逐渐增大的引晶部分、放肩部分、等径部分和收尾拉脱部分四部分组成，引晶部分为垂直对称W型，放肩部分为1.0~1.5kg半径逐渐增大的伞形，等径部分为半径与放肩部分底部半径相同的圆柱形，收尾拉脱部分为半径逐渐增大的圆锥形，半径小于坩祸半径。
【专利摘要】本实用新型提供了一种80kg以上大尺寸蓝宝石单晶。它从上而下由半径逐渐增大的引晶部分、放肩部分、等径部分和收尾拉脱部分四部分组成，引晶部分为垂直对称W型，放肩部分为1.0~1.5kg半径逐渐增大的伞形，等径部分为半径与放肩部分底部半径相同的圆柱形，收尾拉脱部分为半径逐渐增大的圆锥形，半径小于坩埚半径。本实用新型针对大尺寸蓝宝石单晶生长所面临的主要问题，在原有SAPMAC法蓝宝石单晶生长工艺的基础上，结合提拉法工艺优势，进行重新设计，形成一种可以解决大尺寸蓝宝石单晶易粘埚、底部易产生多晶、内部缺陷多等问题的80kg以上大尺寸蓝宝石单晶。
【IPC分类】C30B29/20, C30B17/00, C30B15/22
【公开号】CN204849124
【申请号】CN201520408675
【发明人】左洪波, 杨鑫宏, 张学军, 李铁
【申请人】哈尔滨奥瑞德光电技术有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年6月15日