[实用新型]用于蓝宝石晶体生长的单晶炉热场结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于蓝宝石晶体生长的单晶炉热场结构，尤其是一种用于泡生法生长大尺寸蓝宝石的单晶炉热场结构。

背景技术

蓝宝石晶体（俗称刚玉）从真空紫外、可见、近红外一直到中红外均具有高的光学透过率，还具有高机械强度，极低的吸收系数，高温耐熔性，良好的化学稳定性，是优良的激光基质材料，是各种光学元件和红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料，是使用最普遍的蓝光半导体二极管LED和二极管LED的衬底材料，几乎遍及所有衬底应用领域。目前，蓝宝石的生长方法主要有提拉法，倒模法，泡生法，热交换法等。其中泡生法生长系统拥有适合蓝宝石晶体生长的最佳温度梯度。在生长的过程中或结束时，晶体不与坩埚接触，大大减少了其应力，可获得高质量的大晶体，是目前蓝宝石晶体生长的主流方法。目前，泡生法生长蓝宝石一般采用鸟笼式发热体，保温桶采用钨或者钼制成。钨材料的成本很高，钼材料由于熔点相对较低，挥发比较严重，致使蓝宝石炉的温度分布不稳定，极大影响工艺的稳定性。蓝宝石生产属于高耗能产业，纯钨钼材料的保温结构，热量流失比较严重。坩埚直接放置在无涂层的托盘之上，每次生产过程坩埚和托盘之间都会发生强度很大的的粘连。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于蓝宝石晶体生长的单晶炉热场结构，温场分布均匀稳定、轴向和径向温度梯度小，解决了坩埚与托盘之间的粘连问题。

按照本实用新型提供的技术方案，所述用于蓝宝石晶体生长的单晶炉热场结构，包括不锈钢桶，在不锈钢桶内侧设置外保温层，在外保温层内侧设置内保温桶，在内保温桶的内腔中设置鸟笼式发热体，在鸟笼式发热体的下方设置下隔热屏，在鸟笼式发热体的内腔中设置坩埚，该坩埚由底部的坩埚支撑结构支撑；在所述坩埚上端设置坩埚盖，在坩埚盖上放置上隔热屏；其特征是：所述内保温桶由上部的钼段、中部的钨段和下部的钼段连接而成。

所述内保温桶的厚度为1~2mm。所述坩埚支撑结构包括坩埚托盘和钨管，坩埚托盘置于钨管之上，坩埚托盘与坩埚的底部接触，在坩埚托盘与坩埚的接触部分设置氧化锆涂层。所述钨管的内径为50mm，外径为80mm。在所述不锈钢桶和外保温层之间填充填料。所述填料为氧化锆。所述外保温桶为多层结构，每层的厚度为0.5mm，每层之间的距离为5mm。所述坩埚盖由多层厚度为1mm的钨片组成。所述上隔热屏由5~8片厚度为1mm的钼片组成，所述下隔热屏由8~10片厚度为1mm的钨片组成。所述上部的钼段和下部的钼段由钼材料制成，中部的钨段由钨材料制成。

本实用新型所述的用于蓝宝石晶体生长的单晶炉热场结构采用鸟笼式发热体以及设计合理的上下隔热屏和坩埚支撑结构，产生适于蓝宝石生长的温度梯度；采用钨钼材料结合的保温结构，使炉体热场稳定并降低成本；采用氧化锆作为填料，降低能耗；采用带有涂层的坩埚托盘，解决坩埚与托盘之间的粘连问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示：所述用于蓝宝石晶体生长的单晶炉热场结构包括鸟笼式发热体1、坩埚盖2、上隔热屏3、坩埚托盘4、下隔热屏5、内保温桶6、外保温层7、不锈钢桶8、填料9、坩埚10、钨管11、氧化锆涂层12等。

如图1所示，本实用新型包括不锈钢桶8，在不锈钢桶8内侧设置外保温层7，在外保温层7内侧设置内保温桶6，在内保温桶6的内腔中设置鸟笼式发热体1，该鸟笼式发热体1由直径为5mm的钨杆制成，在鸟笼式发热体1的内腔中设置坩埚10，该坩埚10由底部的坩埚支撑结构支撑；在所述坩埚10上端设置坩埚盖2，坩埚盖2由5层厚度为1mm的钨片制成，在坩埚盖2上放置上隔热屏3，上隔热屏3由5~8片厚度为1mm的钼片制成；在所述鸟笼式发热体1的下方设置下隔热屏5，下隔热屏5由8~10片厚度为1mm的钨片制成；

所述坩埚支撑结构包括坩埚托盘4和钨管11，坩埚托盘4置于钨管11之上，坩埚托盘4与坩埚10的底部接触，在坩埚托盘4与坩埚10的接触部分设置氧化锆涂层12；所述钨管11的内径为50mm，外径为80mm；

在所述不锈钢桶8和外保温层7之间填充填料9，填料9为氧化锆；

所述内保温桶6由上中下三段铆接而成，中段由钨材料制成，上下两段由钼材料制成；所述内保温桶6的厚度为1~2mm；

所述外保温桶7为多层结构，每层由厚度0.5mm的钼材料制成，每层之间的距离为5mm；

所述不锈钢桶8由厚度为1mm的不锈钢板制成，不锈钢桶8内壁与外保温层7外壁之间的距离为10~20mm。

本实用新型具有以下效果：（1）本实用新型采用鸟笼式发热体以及设计合理的上下隔热屏和坩埚支撑结构，产生适于蓝宝石生长的温度梯度，符合泡生法生长蓝宝石对温度分布的要求；（2）本实用新型的内保温桶6采用上中下三段结构，在高温区使用钨材料，由于钨材料的熔点为3410摄氏度，远高于蓝宝石的熔点，因此高温下挥发速度小，利于热场稳定；在温度相对较低区使用钼材料，利于降低成本；（3）本实用新型使用氧化锆作为填充材料，有效地降低了能耗；（4）本实用新型使用带有氧化锆涂层的坩埚托盘，有效地解决了坩埚与托盘之间的粘连问题，有利于操作并提高热场的使用寿命。