[发明专利]一种封盖式引晶的导模法生长封口蓝宝石管的模具和方法

权利要求书

1.一种封盖式引晶的导模法生长封口蓝宝石管的模具，包括熔炉、籽晶(1)、坩埚(5)，以及装在坩埚(5)内的原料(6)和模具，其特征在于，所述的模具为组合式钼质长晶模具，包括外筒(3)和内芯(4)，外筒(3)和内芯(4)之间为环形供料缝，其中内芯(4)顶端设有凹槽(41)。

2.根据权利要求1所述的一种封盖式引晶的导模法生长封口蓝宝石管的模具，其特征在于，所述的模具的材质为高纯钼，总高度50-55mm，外筒(3)和内芯(4)之间环形供料缝的缝宽0.3-0.5mm，外筒(3)和内芯(4)之间通过销钉连接固定。

3.根据权利要求1所述的一种封盖式引晶的导模法生长封口蓝宝石管的模具，其特征在于，所述的外筒(3)顶端为外仰角120°的斜坡口，该斜坡口底部设有向外凸起的外台阶，用于与设置在坩埚盖内的卡槽匹配。

4.根据权利要求3所述的一种封盖式引晶的导模法生长封口蓝宝石管的模具，其特征在于，所述的内芯(4)顶端凹槽(41)的深度为5-10mm，凹槽(41)内径与生长晶体管内径相同，外筒(3)顶端外沿直径与生长晶体管外径相同。

5.根据权利要求1所述的一种封盖式引晶的导模法生长封口蓝宝石管的模具，其特征在于，所述的籽晶(1)为板状，引晶面方向为C向。

6.一种采用权利要求1所述的装置进行导模法生长封盖式引晶的方法，其特征在于，该方法为封盖式引晶的蓝宝石管导模法长晶工艺，具体包括以下步骤：

S1热场安装：采用感应加热方式，安装熔炉的热场组件；

S2装料：将模具置于坩埚(5)内，将坩埚(5)置于熔炉内，坩埚(5)内放置有原料(6)和模具，调整籽晶(1)与模具口上沿之间的距离，以及模具底部与坩埚内原料料面之间的距离，并在模具上端口放置观察温度用的小块Al₂O₃料作为参考料；

S3：将熔炉内抽真空并充入保护气体，按25kW/h速率持续升高加热功率，直至模具口观察料熔化为止，恒定30-45min，保证坩埚(5)内的原料全部熔化，然后升高坩埚(5)直至观察到模具外供料缝上端出现融熔料后停止，恒定30min，观察到供料缝供料后开始下降籽晶(1)，速率为5mm/min，直至籽晶(1)距离模具口1-3mm，然后烤籽晶5-10min；

S4引晶：籽晶(1)烘烤结束后以1mm/min速率下降籽晶直至接触到模具口上沿停止，籽晶封盖整个模具口四周，然后开始引晶操作，以0.1-0.2mm/min逐次下降籽晶，直至籽晶(1)接触供料缝左右两端的融熔原料为止；

S5等径生长阶段：引晶后以0.1-0.3mm/min提拉籽晶杆，开始等径圆管生长，逐渐提高提拉速率至0.6-0.8mm/min，直至生长到足够的长度尺寸为止；

S6降坩埚停止供料并提拉晶体脱离模具：等径生长结束后，下降坩埚至初始位置，坩埚熔体液面下降脱离模具下端供料口，停止供料，伴随着籽晶杆的提拉整个管子被提拉脱离模具，直至管子下端距离模具口5-10mm结束提拉过程，长晶结束；

S7降温退火：长晶结束后进入降温退火过程，降温过程持续5h，以降低管子的生长应力。

7.根据权利要求6所述的导模法生长封口蓝宝石管的方法，其特征在于，

步骤S1中感应式加热方式采用的发热体为高纯度硬质石墨，保温材料为石墨毡；

步骤S2中原料(6)选用高纯度的火焰法Al₂O₃结晶料；籽晶(1)距离模具口上沿20-30mm，模具底部距离坩埚内原料料面5-10mm；

步骤S3中抽真空至熔炉内压力低于8Pa，所述保护气体选用高纯Ar气为保护气氛，充气速率1000-1500ml/min，直至炉内压力达到90000Pa左右。

8.根据权利要求6所述的导模法生长封口蓝宝石管的方法，其特征在于，所述的坩埚内可设置多根模具，实现多根晶体管同步生长。