专利名称：一种泡生法生长蓝宝石的引晶方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于晶体生长技术领域，涉及ー种生长蓝宝石的方法，尤其涉及一种泡生法生长 蓝宝石的引晶方法；同时，本发明还涉及ー种泡生法生长蓝宝石的引晶系统。
背景技术：
蓝宝石的组成为氧化铝(Al2O3)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成，其晶体结构为六方晶格结构。由于蓝宝石具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性、熔点高(2045°C)等特点，因此常被用来作为光电元件的材料。蓝宝石晶体材料的生长方法目前已有很多种方法，主要有泡生法(即KyiOpolos法，简称 Ky 法)、导模法(即 edge defined film-fed growth techniques 法，简称 EFG 法)、热交换法(即heat exchange method法,简称HEM法)、提拉法(即Czochralski,简称Cz法)布里奇曼法(即Bridgman法,或相·祸下降法)等。目前，用于LED领域的蓝宝石晶体生长方法中，泡生法是世界上公认的最适合大规模エ业化生产的方法之一。该方法对引晶的要求比较高，晶体质量的好坏非常依赖于技术人员的引晶技巧。而在引晶过程中，技术人员需要长时间利用观察窗ロ做出正确的判断，而实际生产过程中，由于炉内各种原子、离子或分子的挥发导致观察窗ロ的可视性被严重破坏，这对引晶造成了极大的困难。泡生法长蓝宝石相比于其他方法最重要的一个步骤就是下籽晶引晶的过程，期间技术人员需要通过观察窗来查看籽晶触碰熔体的情况，进而做出最正确的判断，但通常引晶的过程持续时间比较长，从原料熔化到引晶过程结束一般会超过20小时，在此过程中，炉体内各种原子、离子或分子会不断挥发并吸附在观察窗上，造成观察窗ロ越来越模糊，给引晶造成极大困难，出炉的晶体成品率也就随之下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种泡生法生长蓝宝石的引晶方法，可解决泡生法长蓝宝石引晶过程中观察窗ロ模糊的问题。此外，本发明还提供一种泡生法生长蓝宝石的引晶系统，可解决泡生法长蓝宝石引晶过程中观察窗ロ模糊的问题。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种泡生法生长蓝宝石的引晶方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤步骤SI、在观察窗内部通过电子发射器产生电子；步骤S2、步骤SI产生的电子经加速电压加速后获得高能电子束，并撞击由炉体内部挥发出来的原子或分子，形成带电粒子；所述加速电压的范围为20kf50kv ;从炉体内部挥发出来的原子或分子为金属Mo、W原子、O原子中的ー种或多种；步骤S3、在观察窗两侧加ー个特定强度的电场或磁场，通过电场或磁场的作用改变这些带电粒子的运动方向，使其吸附在观察窗的内壁上，以保护观察窗ロ ；在观察窗两侧加特定的外加电场，外加电场为匀强电场，电场强度E > 2mv2d/ (qL2);其中，m代表带电离子的质量，V代表粒子进入观察窗时的速度，设定为匀速运动，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度；或者，在观察窗两侧加特定的磁场，磁场方向垂直于带电粒子的运动方向，磁场强度B ^ 2mvd/ [q (L2+d2)];其中，m代表带电离子的质量，V代表粒子进入观察窗时的速度，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度。一种泡生法生长蓝宝石的引晶方法，所述方法包括如下步骤步骤SI、在观察窗内部通过电子发射器产生电子；步骤S2、步骤SI产生的电子经加速电压加速后获得高能电子束，得高能电子束撞击由炉体内部挥发出来的原子或分子，形成带电粒子；步骤S3、在观察窗两侧加ー个特定强度的电场或磁场，通过电场或磁场的作用改变这些带电粒子的运动方向，使其吸附在观察窗的内壁上，以保护观察窗ロ。
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作为本发明的一种优选方案，所述步骤S2中的加速电压的范围为20kv 50kv。作为本发明的一种优选方案，所述步骤S2中，从炉体内部挥发出来的原子或分子为金属Mo、W原子、O原子中的ー种或多种。作为本发明的一种优选方案，所述步骤S3中加特定的外加电场，外加电场为匀强电场，电场强度E ^ 2mv2d/ (qL2);其中，m代表带电离子的质量，V代表粒子进入观察窗时的速度，设定为匀速运动，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度。作为本发明的一种优选方案，所述步骤S3中加特定的磁场，磁场方向垂直于带电粒子的运动方向，磁场强度B ^ 2mvd/[q(L2+d2)];其中,m代表带电离子的质量,V代表粒子进入观察窗时的速度，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度。一种泡生法生长蓝宝石的引晶系统，所述系统包括电子发射器，用以在观察窗内部产生电子；电压加速単元，用以产生加速电压；所述电子发射器产生的电子经过加速电压后获得高能电子束，高能电子束撞击由炉体内部挥发出来的原子或分子，形成带电粒子；电场或磁场生成単元，用以在在观察窗两侧产生ー个特定強度的电场或磁场，通过电场或磁场的作用改变这些带电粒子的运动方向，使其吸附在观察窗的内壁上，以保护观察窗ロ。作为本发明的一种优选方案，所述电场或磁场生成单兀产生特定的外加电场，夕卜加电场为匀强电场，电场强度E > 2mv2d/ (qL2);其中，m代表带电离子的质量，V代表粒子进入观察窗时的速度，设定为匀速运动，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度。作为本发明的一种优选方案，所述电场或磁场生成单兀产生特定的磁场，磁场方向垂直于带电粒子的运动方向，磁场强度B ^ 2mvd/[q(L2+d2)];其中,m代表带电离子的质量，V代表粒子进入观察窗时的速度，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度。本发明的有益效果在于本发明提出的泡生法生长蓝宝石的引晶方法及系统，通过在观察窗两侧加ー个特定強度的电场或磁场，改变带电粒子的运动方向，从而使其在未到达观察窗口前吸附在观察窗内壁，解决了观察窗ロ模糊的技术难题。同时，本发明可以为引晶过程提供充足的时间保证，有效的延长观察窗ロ的使用时间，在不影响炉内结构的情况下，可以大大提高长晶的成功率。
图I为本发明引晶方法的原理示意图。图2为本发明引晶方法的 流程图。图3为本发明引晶方法中在观察窗两侧加电场的示意图。图4为本发明引晶方法中在观察窗两侧加磁场的示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。实施例一请參阅图1，本发明掲示了一种泡生法生长蓝宝石的引晶方法，通过在观察窗内部通过电子发射器产生电子，经加速电压加速后获得高能电子束并撞击由炉体内部挥发出来的原子或分子，使其变为离子，然后在观察窗两侧加ー个特定強度的电场或磁场，通过电场或磁场的作用改变这些带电粒子的运动方向，使其吸附在观察窗的内壁，从而达到保护观察窗ロ的目的。请參阅图2，本发明泡生法生长蓝宝石的引晶方法包括如下步骤步骤SI在观察窗内部通过电子发射器产生电子。步骤S2步骤SI产生的电子经加速电压加速后获得高能电子束，并撞击由炉体内部挥发出来的原子或分子，形成带电粒子。所述加速电压的范围为20kv飞Okv(如30kv);从炉体内部挥发出来的原子或分子为金属Mo、W原子、O原子中的ー种或多种；步骤S3在观察窗两侧加ー个特定強度的电场或磁场，通过电场或磁场的作用改变这些带电粒子的运动方向，使其吸附在观察窗的内壁上，以保护观察窗ロ。请參阅图3，可以在观察窗I两侧加特定的外加电场，外加电场为匀强电场，电场強度E > 2mv2d/ (qL2);其中，m代表带电离子的质量，V代表粒子进入观察窗时的速度，设定为匀速运动，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度。请參阅图4，也可以在观察窗I两侧加特定的磁场，磁场方向垂直于带电粒子的运动方向，磁场强度B ^ 2mvd/[q(L2+d2)];其中，m代表带电离子的质量，V代表粒子进入观察窗时的速度，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度。以上介绍了本发明泡生法生长蓝宝石的引晶方法，本发明在掲示上述引晶方法的同时，还掲示ー种泡生法生长蓝宝石的引晶系统；所述系统包括电子发射器、电压加速单元、电场或磁场生成単元。电子发射器用以在观察窗内部产生电子。电压加速単元用以产生加速电压；所述电子发射器产生的电子经过加速电压后获得高能电子束，高能电子束撞击由炉体内部挥发出来的原子或分子，形成带电粒子。电场或磁场生成単元用以在在观察窗两侧产生ー个特定強度的电场或磁场，通过电场或磁场的作用改变这些带电粒子的运动方向，使其吸附在观察窗的内壁上，以保护观
察窗ロ。
所述电场或磁场生成単元可以为电场生成単元，用以产生特定的外加电场，外力ロ电场为匀强电场，电场强度E > 2mv2d/ (qL2);其中，m代表带电离子的质量，V代表粒子进入观察窗时的速度，设定为匀速运动，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度。如图3所示，电场生成単元包括相连接的电源、开关、可调节电阻、两个铜电极板；两个铜电极板分别连接电源的两极。或者，所述电场或磁场生成単元可以为磁场生成単元，用以产生特定的磁场，磁场方向垂直于带电粒子的运动方向，磁场强度B ^ 2mvd/[q(L2+d2)];其中,m代表带电离子的质量，V代表粒子进入观察窗时的速度，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度。如图4所示，磁场生成単元包括磁铁3、导线2、电源、可调节电阻、开关，电源、可调节电阻、开关通过导线2串联；部分导线2缠绕在磁铁3上，作为磁感应线圏。综上所述，本发明提出的泡生法生长蓝宝石的引 晶方法及系统，通过在观察窗两侧加ー个特定強度的电场或磁场，改变带电粒子的运动方向，从而使其在未到达观察窗ロ前吸附在观察窗内壁，解决了观察窗ロ模糊的技术难题。同时，本发明可以为引晶过程提供充足的时间保证，有效的延长观察窗ロ的使用时间，在不影响炉内结构的情况下，可以大大提闻长晶的成功率。这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
权利要求
1.一种泡生法生长蓝宝石的引晶方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 步骤SI、在观察窗内部通过电子发射器产生电子； 步骤S2、步骤SI产生的电子经加速电压加速后获得高能电子束，并撞击由炉体内部挥发出来的原子或分子，形成带电粒子；所述加速电压的范围为20kf 50kv ;从炉体内部挥发出来的原子或分子为金属Mo、W原子、O原子中的ー种或多种； 步骤S3、在观察窗两侧加ー个特定強度的电场或磁场，通过电场或磁场的作用改变这些带电粒子的运动方向，使其吸附在观察窗的内壁上，以保护观察窗ロ ；在观察窗两侧加持定的外加电场，外加电场为勻强电场，电场强度E ^ 2mv2d/ (qL2);其中，m代表带电离子的质量，V代表粒子进入观察窗时的速度，设定为匀速运动，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度；或者,在观察窗两侧加特定的磁场,磁场方向垂直于带电粒子的运动方向，磁场强度B ^ 2mvd/[q(L2+d2)];其中,m代表带电离子的质量,V代表粒子进入观察窗时的速度，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度。
2.—种泡生法生长蓝宝石的引晶方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 步骤SI、在观察窗内部通过电子发射器产生电子； 步骤S2、步骤SI产生的电子经加速电压加速后获得高能电子束，得高能电子束撞击由炉体内部挥发出来的原子或分子，形成带电粒子； 步骤S3、在观察窗两侧加ー个特定強度的电场或磁场，通过电场或磁场的作用改变这些带电粒子的运动方向，使其吸附在观察窗的内壁上，以保护观察窗ロ。
3.根据权利要求2所述的泡生法生长蓝宝石的引晶方法，其特征在于 所述步骤S2中的加速电压的范围为20kv 50kv。
4.根据权利要求2所述的泡生法生长蓝宝石的引晶方法，其特征在于 所述步骤S2中，从炉体内部挥发出来的原子或分子为金属Mo、W原子、O原子中的ー种或多种。
5.根据权利要求2所述的泡生法生长蓝宝石的引晶方法，其特征在于 所述步骤S3中加特定的外加电场，外加电场为匀强电场，电场强度E ^ 2mv2d/ (qL2)；其中，m代表带电离子的质量，V代表粒子进入观察窗时的速度，设定为匀速运动，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度。
6.根据权利要求2所述的泡生法生长蓝宝石的引晶方法，其特征在于 所述步骤S3中加特定的磁场，磁场方向垂直于带电粒子的运动方向，磁场强度B^2mvd/[q(L2+d2)];其中，m代表带电离子的质量，V代表粒子进入观察窗时的速度，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度。
7.一种泡生法生长蓝宝石的引晶系统，其特征在于，所述系统包括 电子发射器，用以在观察窗内部产生电子； 电压加速単元，用以产生加速电压；所述电子发射器产生的电子经过加速电压后获得闻能电子束，闻能电子束撞击由炉体内部挥发出来的原子或分子，形成带电粒子； 电场或磁场生成単元，用以在在观察窗两侧产生ー个特定強度的电场或磁场，通过电场或磁场的作用改变这些带电粒子的运动方向，使其吸附在观察窗的内壁上，以保护观察窗P。
8.根据权利要求7所述的泡生法生长蓝宝石的引晶系统，其特征在于所述电场或磁场生成单兀产生特定的外加电场，外加电场为勻强电场，电场强度E ≥ 2mv2d/ (qL2);其中，m代表带电离子的质量，V代表粒子进入观察窗时的速度，设定为匀速运动，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度。
9.根据权利要求7所述的泡生法生长蓝宝石的引晶系统，其特征在于 所述电场或磁场生成单元产生特定的磁场，磁场方向垂直于带电粒子的运动方向，磁场强度B ^ 2mvd/[q(L2+d2)];其中，m代表带电离子的质量，V代表粒子进入观察窗时的速度，d代表观察窗直径，q代表粒子所带电荷量，L代表观察窗的长度。
全文摘要
本发明揭示了一种泡生法生长蓝宝石的引晶方法及系统，所述方法包括如下步骤在观察窗内部通过电子发射器产生电子；产生的电子经加速电压加速后获得高能电子束，得高能电子束撞击由炉体内部挥发出来的原子或分子，形成带电粒子；在观察窗两侧加一个特定强度的电场或磁场，通过电场或磁场的作用改变这些带电粒子的运动方向，使其吸附在观察窗的内壁上，以保护观察窗口。本发明提出的泡生法生长蓝宝石的引晶方法及系统，通过在观察窗两侧加一个特定强度的电场或磁场，改变带电粒子的运动方向，从而使其在未到达观察窗口前吸附在观察窗内壁，解决了观察窗口模糊的技术难题。同时，本发明可以为引晶过程提供充足的时间保证。
文档编号C30B29/20GK102677160SQ20121017187
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者刘一凡, 孙大伟, 帕维尔·斯万诺夫, 维塔利·塔塔琴科, 陈文渊 申请人:上海中电振华晶体技术有限公司