一种导模法晶体生长装置及方法与流程

本技术涉及晶体制备，特别是涉及一种导模法晶体生长装置及方法。

背景技术：

1、蓝宝石是一种氧化铝的单晶，具有优良的物理、化学、光学性能。正是由于蓝宝石独有的光学物理特性，常被用作led器件的衬底，以及前激光、引力波干涉仪、透明装甲、红外窗口材料等其它工业民用和可穿戴消费类电子产品。

2、其中，导模法(edge-defined film-fed growth，efg法)是常用的蓝宝石晶体生长方法。导模法是一种借助模具将溶液通过毛细作用输运至模具顶部生长成晶体的生长方法。通过加热器加热，将坩埚内的氧化铝原料融化成熔体，模具放在坩埚底部，使熔融液体的氧化铝原料通过模具的毛细作用输运至模具顶部，存放在毛细缝隙中。此时将籽晶缓慢下降，与模具上表面接触，使籽晶微微融，此时籽晶与模具之间形成一层薄薄的液膜，然后通过变速的提拉籽晶，使液膜不断凝固形成单晶，晶体形状由模具形状决定。使用导模法生长晶体的过程中，一般都是根据坩埚容积填装对应体积的氧化铝原料，使液面尽可能的处于高位，保证能够生长所需尺寸的晶体。

3、但是一次只能生长一个晶体，若想再生长一个晶体，则需要等整个晶体生长装置降温以后，再重新放置一个籽晶，并重复上述生长晶体的全部过程，才可以得到另一个晶体。如果需要生长数量较多的晶体时，则晶体生长装置需要反复升温降温，中间的升温降温过程占用太多的时间、材料损耗、水电浪费，导致生产效率低下及生产成本高。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种导模法晶体生长装置及方法，以实现晶体的连续生长，提高生产效率。具体技术方案如下：

2、本技术第一方面提供一种导模法晶体生长装置，包括壳体，和位于所述壳体内的第一炉体和第二炉体，所述第一炉体内设置有第一坩埚，所述第一坩埚内设置有导模模具，所述第一坩埚用于通过所述导模模具生长晶体；所述第二炉体内设有第二坩埚，所述第二坩埚用于熔料；所述第一坩埚与所述第二坩埚通过连通部连通；所述第一炉体的顶部设有第一开口；至少两个第一提升装置，用于升降籽晶和晶体，所述第一提升装置沿所述导模法晶体生长装置的厚度方向并列设置于所述壳体的顶部，并基于所述壳体顶部设置的安装孔与所述壳体可移动连接；第一过渡仓，所述第一过渡仓的一端与所述第一炉体的顶部相对设置，另一端用于与其中一个所述第一提升装置连接，至少两个所述第一提升装置均设有与所述第一过渡仓连通的第二开口，所述第一开口延伸至所述第一过渡仓内，至少两个所述第一提升装置能够沿所述导模法晶体生长装置的厚度方向相对于所述壳体移动，以使其中一个所述第一提升装置的第二开口与所述第一开口位置相对，从而使其中一个所述第一提升装置通过所述第一过渡仓与所述第一开口连通。

3、在一些实施例中，所述第一过渡仓靠近所述第一提升装置的一侧设有与所述第一开口位置相对的第三开口，所述第一过渡仓远离所述第一提升装置的一侧设有与所述第一开口相对的第四开口，至少两个所述第一提升装置能够沿所述导模法晶体生长装置的厚度方向相对于所述壳体以及所述第一过渡仓移动，以使其中一个所述第一提升装置的所述第二开口与所述第三开口、所述第四开口和所述第一开口位置相对；所述第三开口设有第一封堵件，所述第四开口设有第二封堵件，所述第一封堵件和所述第二封堵件配置为在所述第一开口与所述第二开口位置相对时，分别开启所述第三开口和所述第四开口；在所述第一开口与所述第二开口位置不相对时，分别关闭所述第三开口和所述第四开口。

4、在一些实施例中，所述第一封堵件和所述第二封堵件为插板。

5、在一些实施例中，所述第一过渡仓设有置换气体入口和置换气体出口。

6、在一些实施例中，所述第一过渡仓内部设有保温层，所述第一过渡仓外部设有冷却管道。

7、在一些实施例中，至少两个所述第一提升装置均包括密封的外壳，所述外壳内均设有退火仓，所述退火仓靠近所述第一过渡仓设置。

8、在一些实施例中，所述导模法晶体生长装置还包括称重模块，所述第一提升装置的顶部设有驱动电机，所述驱动电机包括主轴，所述主轴与所述称重模块的一端连接，所述称重模块的另一端与所述籽晶连接，所述主轴转动用于驱动所述籽晶和所述晶体升降。

9、在一些实施例中，所述第一提升装置还包括波纹管和籽晶杆，所述籽晶杆置于所述波纹管内，所述波纹管一端与所述称重模块连接，另一端与所述退火仓顶部连接，所述称重模块通过所述籽晶杆与所述籽晶连接，所述主轴用于驱动所述称重模块和籽晶杆升降运动，并使得所述波纹管被迫拉伸或者压缩，所述波纹管用于密封所述退火仓、所述第一过渡仓和所述第一炉体。

10、在一些实施例中，所述导模法晶体生长装置还包括设于所述第一炉体顶端的隔热阀，所述隔热阀配置为沿所述导模法晶体生长装置的厚度方向移动，以开启或封堵所述第一开口。

11、在一些实施例中，至少两个所述第一提升装置均设有真空阀和充气阀。

12、在一些实施例中，所述导模法晶体生长装置还包括至少两个第二提升装置和第二过渡仓，所述第二提升装置用于升降原料预制棒，所述第二提升装置沿所述导模法晶体生长装置的厚度方向并列设置于所述壳体的顶部，并与所述壳体可移动连接；所述第二炉体的顶端设有第五开口，所述第五开口延伸至所述第二过渡仓内，至少两个所述第二提升装置均设有与所述第二过渡仓连通的第六开口，至少两个所述第二提升装置能够沿所述导模法晶体生长装置的厚度方向相对于所述壳体移动，以使其中一个所述第二提升装置的第六开口与所述第五开口位置相对，从而使其中一个所述第二提升装置通过所述第二过渡仓与所述第五开口连通。

13、本技术第二方面提供一种导模法晶体生长方法，所述导模法晶体生长装置包括至少两个所述第一提升装置，所述导模法晶体生长方法至少包括以下步骤：

14、装炉：将高密度氧化铝原料分别放在第一坩埚和第二坩埚内，所述第二坩埚与所述第一坩埚通过所述连通部连通，并将导模模具放入所述第一坩埚内，将其中一个所述第一提升装置的第二开口调整到与所述第一开口相对的位置，另一个所述第一提升装置处于备用状态；

15、长晶：将所述其中一个第一提升装置的籽晶下放到与所述导模模具的液面接触，按预定速度提升所述籽晶，以使熔体不断地在所述籽晶表面结晶，实现晶体生长；

16、交换位置：当其中一个所述第一提升装置的晶体生长到预定尺寸时，控制主轴转动使晶体进入退火仓，并移动至少两个所述第一提升装置，使所述其中一个第一提升装置远离所述第一开口，使另一个所述第一提升装置的第二开口与所述第一开口相对；

17、继续长晶：将所述另一个第一提升装置的籽晶下放到与所述导模模具的液面接触，按预定速度提升所述籽晶，以使熔体不断地在所述籽晶表面结晶，实现晶体生长。

18、本技术实施例有益效果：本技术实施例提供的导模法晶体生长装置，其第一炉体内的第一坩埚用于晶体生长，第二坩埚用于持续化料。第一坩埚内放有导模模具，导模模具放于第一坩埚的底部，且与第一坩埚的底壁之间具有可供液体进入导模模具的中间狭缝的空隙。第一坩埚与第二坩埚通过连通部连通，使得第一坩埚内液面与第二坩埚内液面保持持平。当第二坩埚内液面始终处于高位时，第一坩埚内的液面也能够始终维持在高位，能够减少导模模具内液体至导模模具顶端的距离，从而减少熔融原料需要爬升的距离，避免晶体生长过程中，导模模具中间的供料通道中断的情形，确保热场的稳定性。第一坩埚和第二坩埚通过连通部连通，使得第二坩埚能够持续向第一坩埚提供原料。且在壳体顶部并列设置至少两个第一提升装置，每个第一提升装置内均设有一个籽晶，且籽晶能够在第一提升装置及炉体内部进行升降。至少两个第一提升装置通过与壳体可移动连接，使得至少两个第一提升装置能够交替位于第一炉体的第一开口上方，当其中一个位于第一炉体的第一开口上方时，该第一提升装置处于工作状态；另一个第一提升装置位于远离第一开口的位置，该第一提升装置处于备用状态。位于第一开口上方的第一提升装置内的籽晶下降到与导模模具顶端接触，第一坩埚内的熔体通过导模模具中间的狭缝攀升至导模模具顶端，因此籽晶能够与导模模具顶端的熔体接触，使得熔体不断地在籽晶表面结晶，实现籽晶长大，从而得到预定尺寸的晶体。待到晶体长到预定尺寸时，控制主轴转动使晶体进入退火仓，该第一提升装置向远离第一开口的方向移动，进行退火降温。另一个处于备用状态的第一提升装置移动到第一开口上方，该第一提升装置的籽晶下降到与导模模具顶端的熔体接触，实现籽晶长大，并获得另一个预定尺寸的晶体。当另一个第一提升装置中籽晶生长完毕时，先前的第一提升装置已经完成退火降温并重新放置好了籽晶，可以用于生长下一个晶体了。因此，通过设置两个第一提升装置，在生长多个晶体的过程中，晶体生长装置可以连续工作，不用反复等待系统升温降温，大大提高晶体制备效率，降低生产成本。