[发明专利]拉制C轴蓝宝石单晶长晶炉及方法

权利要求书

1.一种拉制C轴蓝宝石单晶长晶炉，包括真空炉体、保温层、钨坩埚、籽晶杆和籽晶接头，所述真空炉体上部设有排气口，所述保温层设于所述真空炉体壁，所述籽晶接头设于所述籽晶杆底端，所述籽晶杆自所述真空炉体顶伸入真空炉体内，所述钨坩埚通过支撑块设于所述真空炉体内，其特征在于：还包括第一加热件、第二加热件和第三加热件，所述第一加热件设于所述钨坩埚底部，所述第二加热件设于所述钨坩埚周面下部，所述第三加热件设于所述钨坩埚周面上部，所述钨坩埚底部向埚内凸起，所述钨坩埚底部凸起顶端为尖端，所述钨坩埚底部凸起顶端为尖端时所述钨坩埚底部形成下沉的弧形槽或倾斜的弧形槽。

2.根据权利要求1所述的拉制C轴蓝宝石单晶长晶炉，其特征在于：所述第一加热件、第二加热件和第三加热件是钨加热条。

3.一种拉制C轴蓝宝石单晶的方法，其特征在于本方法采用权利要求 1至权利要求 2任一项所述长晶炉并包括如下步骤：

步骤一、热场组装，调整钨坩埚位于真空炉体中央，并使钨坩埚口低于第三加热件顶端10～40mm，钨坩埚内填入纯度为5N的氧化铝块状原料15～20kg，通过籽晶接头连接蓝宝石籽晶并位于钨坩埚上方；

步骤二、采用机械泵和扩散泵对真空炉体抽真空，使炉内真空度小于10^-3Pa；

步骤三、通过第一加热件、第二加热件和第三加热件对钨坩埚加热，在限定的工艺时间范围内将温度升至2050～2200℃，使钨坩埚内氧化铝块状原料完全融化；

步骤四、引晶，调整第一加热件、第二加热件和第三加热件的加热功率，使钨坩埚内氧化铝熔体液面温度维持在2050～2080℃，保持加热功率5～12h，使钨坩埚内氧化铝熔体纯化，待流体和温场稳定后，通过籽晶杆将C轴蓝宝石籽晶从钨坩埚内熔体中央冷心处缓慢地浸入熔体液面之下，微调加热功率使C轴蓝宝石籽晶部分熔化，缓慢提拉C轴蓝宝石籽晶5～20mm，使得C轴蓝宝石籽晶表面遇冷开始生长新的晶体；

步骤五、生长，调节第一加热件、第二加热件和第三加热件的加热功率，执行自动放肩，控制晶体的肩锥角在40～80°以内，缓慢扩大晶体的直径达到2.2～4.5inch，然后自动调节第一加热件、第二加热件和第三加热件的加热功率，执行等径生长过程，直到晶体长度达到4～10inch；

步骤六、收尾，当晶体生长到目标长度或重量后，通过籽晶杆将晶体上拉，直至晶体生长界面完全脱离熔体液面，生长结束；

步骤七、降温退火，调整第一加热件、第二加热件和第三加热件的加热功率，保持降温速率为10～50℃/h，直至加热功率降至零；

步骤八、出炉，待真空炉体完全冷却后，开炉取出晶体。

4.根据权利要求3所述的拉制C轴蓝宝石单晶的方法，其特征在于：步骤四中钨坩埚内氧化铝熔体液面温度维持在2060～2070℃。

5.根据权利要求3所述的拉制C轴蓝宝石单晶的方法，其特征在于：步骤四中保持加热功率7～10h。

6.根据权利要求3所述的拉制C轴蓝宝石单晶的方法，其特征在于：步骤四中缓慢提拉C轴蓝宝石籽晶8～15mm。

7.根据权利要求3所述的拉制C轴蓝宝石单晶的方法，其特征在于：步骤五中控制晶体的肩锥角为50°。

8.根据权利要求3所述的拉制C轴蓝宝石单晶的方法，其特征在于：步骤七中保持降温速率为25～40℃/h。