藍寶石長晶爐制造技術

本實用新型專利技術提供一種藍寶石長晶爐，包括環形的內加熱器和外加熱器以及均勻設置在所述內加熱器與外加熱器之間的多個坩堝，所述坩堝底部設有冷卻裝置，所述內加熱器和外加熱器的功率為可控的。本實用新型專利技術提供的一種藍寶石長晶爐，采用兩種不同直徑的環形鎢加熱器，將鎢坩堝置于兩環形加熱器之間，且均勻對稱分布，每只坩堝底部均設置冷卻裝置，通過控制加熱器的功率和冷卻介質的流量及溫度，形成穩定的溫場和熱場，從而極大地提高了藍寶石長晶材料的利用率和大尺寸晶體的成晶率，降低了生產成本。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及LED襯底級藍寶石晶體生長
，特別是涉及一種藍寶石長晶爐。
技術介紹
LED襯底級藍寶石晶體生長方法主要有泡生法、熱交換法、坩堝下降法等。其中，泡生法生長的晶體市場占有率達85％以上，泡生法采用單一加熱器，但隨著LED襯底晶棒由2inch逐步轉向4inch和6inch等大尺寸時，單純的通過增大加熱器的直徑從而增加坩堝3尺寸進而達到增加投料量的目的，這種泡生法生長的藍寶石晶體存在長晶良率低、晶體橫向掏棒利用率低、生產能耗與成本較高等問題。熱交換法可以生長較大重量的晶體，但晶體越重，晶體質量越差，且難以生長C向晶體。因此，熱交換法生長大尺寸晶體良率較低，且成本較高，僅適合生長A向的晶體，晶體加工需橫向掏棒，材料利用率低。坩堝下降法難以生長4inch及以上的大尺寸藍寶石晶體，產品質量和尺寸不能滿足市場需求。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題是：泡生法等藍寶石晶體生長的設備生長大直徑藍寶石的技術難度非常大，且生長的晶體材料只能進行橫向取材，材料利用率極低，一般低于40％，為了克服現有技術中藍寶石晶體生長材料利用率低、長晶良率低以及生產能耗與成本較高的不足，本技術提供一種藍寶石長晶爐，采用內外設置的環形加熱器之間均勻設置多個坩堝，可同時生長多個藍寶石晶體，具有材料利用率高、生產成本低等優點。本技術解決其技術問題所要采用的技術方案是：一種藍寶石長晶爐，包括環形的內加熱器和外加熱器以及均勻設置在所述內加熱器與外加熱器之間的多個坩堝，所述坩堝底部設有冷卻裝置，所述內加熱器和外加熱器的功率為可控的。具體的，所述冷卻裝置包括相互連通的一進口和一出口，所述冷卻裝置內設有冷卻介質，所述冷卻介質由進口向出口方向流動，所述冷卻介質的流量及溫度為可控的。優選的，所述冷卻介質為水或氦氣。采用內外環形加熱器和底部冷卻裝置，使得坩堝四周加熱，底部散熱，通過加熱器和坩堝的分布形成穩定可控的熱場，分別控制兩個加熱器的功率形成穩定可控的溫場；通過精確控制坩堝底部冷卻介質的流量及溫度，控制熱量散失，從而控制由下往上的熱場梯度；穩定可控的溫場和熱場的形成，使晶體材料利用率提高到90％，極大地提高了藍寶石長晶材料的利用率和大尺寸晶體的成晶率，降低了生產成本。進一步，為了使溫場和熱場更加穩定，還包括頂部加熱器，所述頂部加熱器位于所述坩堝的上部。頂部增加加熱器后，坩堝的四周和頂部均進行加熱，底部散熱，使坩堝周圍的熱場更加穩定，能夠進一步提高材料利用率和成晶率。優選的，所述坩堝的高徑比在0.8～1.5之間。優選的，為了保證坩堝能夠放置在內外加熱器之間，所述內加熱器和所述外加熱器之間的距離大于所述坩堝的直徑，且所述內加熱器和所述外加熱器之間的直徑差大于兩倍的所述坩堝的直徑。進一步，還包括水冷壁爐，所述水冷壁爐環設在所述外加熱器外部。由于長晶爐還包括一些其他設備，在加熱過程中，外圍的設備也會因工作或加熱器熱量輻射溫度升高，因此，采用水冷壁爐對設備進行冷卻降溫，保證設備的正常運行。優選的，所述坩堝為4個、5個或6個。采用多個坩堝增加生產效率。本技術的有益效果是：本技術提供的一種藍寶石長晶爐，采用兩種不同直徑的環形鎢加熱器，將鎢坩堝置于兩環形加熱器之間，且均勻對稱分布，每只坩堝底部均設置冷卻裝置，通過控制加熱器的功率和冷卻介質的流量及溫度，形成穩定的溫場和熱場，長晶材料的利用率可達到90％以上，從而極大地提高了藍寶石長晶材料的利用率和大尺寸晶體的成晶率，降低了生產成本。附圖說明下面結合附圖和實施例對本技術作進一步說明。圖1是本技術最佳實施例的結構示意圖；圖2是四只坩堝藍寶石長晶爐的結構示意圖；圖3是六只坩堝藍寶石長晶爐的結構示意圖。圖中：1、內加熱器，2、外加熱器，3、坩堝，4、冷卻裝置，41、進口，42、出口，43、冷卻介質，5、水冷壁爐。具體實施方式現在結合附圖對本技術作詳細的說明。此圖為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本技術的基本結構，因此其僅顯示與本技術有關的構成。如圖1-3所示，本技術的一種藍寶石長晶爐，包括環形的內加熱器1和外加熱器2，內加熱器1位于外加熱器2內部，內加熱器1和外加熱器2為兩種不同直徑的環形鎢加熱器，在內加熱器1與外加熱器2之間可均勻設置多個裝料坩堝3，坩堝3采用鎢坩堝，同時生長多個晶體，內外加熱器1、2使得坩堝3四周加熱，且頂部也可以增加加熱器，底部散熱，形成穩定可控的熱場，通過分別控制內外兩個加熱器的功率，可以控制溫場的穩定。調節內外加熱器1、2直徑的比例，可以設計不同直徑和數量的坩堝3，極大地滿足了不同產品的需求。坩堝3數量為2個或3個體現的經濟優勢以及生產效率的優勢較小，且坩堝3放置最好為對稱放置，因此，坩堝3數量可以為4個或6個，坩堝3直徑可根據客戶要求進行定制，直徑可在2inch以上，如：4.5inch、6.5inch或8.5inch均可。一般高徑比控制在0.8～1.5之間，以LED目前市場主流產品4inch和6inch來計，環形加熱器之間可設計6只坩堝3，用以同時生長6個藍寶石晶體，坩堝3直徑可分別設計為4.5inch和6.5inch，坩堝3高度分別為170mm和220mm，大大提高了產能，且長晶材料利用率可高達90％以上。所述內加熱器1和所述外加熱器2之間的距離b大于所述坩堝3的直徑a，即所述內加熱器1和所述外加熱器2之間的直徑差大于兩倍的所述坩堝3的直徑a。以坩堝3直徑a為4.5inch為例，內加熱器1和外加熱器2之間的距離b大于4.5inch。藍寶石長晶爐頂部設計有兩種方案：其一，無加熱器，但有保溫材料，即加熱器四周和上下均采用保溫材料進行保溫；其二，有頂部加熱器情況下，在頂部加熱器的外邊(即頂部加熱器上面)增加保溫材料進行保溫。每只坩堝3底部均設置熱交換器作為冷卻裝置4，冷卻裝置4包括相互連通的一進口41和一出口42，冷卻裝置4內設有冷卻介質43，冷卻介質43由進口41向出口42方向流動，圖中箭頭表示冷卻介質43的流動方向，冷卻介質43的流量及溫度為可控的，冷卻介質43可選擇水或氦氣，通過水或氦氣將坩堝3底部熱量導出，通過精確控制坩堝3底部冷卻介質43的流量及溫度，控制熱量散失，從而控制由下往上的熱場梯度。外加熱器2外部還環設有水冷壁爐5，用于對外圍設備冷卻降溫。本技術將大尺寸晶體生長轉化為多個小尺寸晶體生長，降低了晶體生長難度。以當前主流85KG的晶體生長為例，采用傳統的泡生法僅能加工4inch晶棒，高度達600mm，且單個晶體85KG，技術難度較大。而采用本技術的藍寶石長晶爐僅需4個4.5inch坩堝3，即可生長4個200mm高度的4inch晶棒，這樣單個晶體生長重量僅為10KG。可同時裝載4個各有10KG料的坩堝3，進行4個分別是10KG晶體的生長，因而大大降低了晶體裝載重量，提高了材料利用率。以上述依據本技術的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關的工作人員完全可以在不偏離本技術的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項技術的技術范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種藍寶石長晶爐，其特征在于：包括環形的內加熱器(1)和外加熱器(2)以及均勻設置在所述內加熱器(1)與外加熱器(2)之間的多個坩堝(3)，所述坩堝(3)底部設有冷卻裝置(4)，所述內加熱器(1)和外加熱器(2)的功率為可控的。

【技術特征摘要】
1.一種藍寶石長晶爐，其特征在于：包括環形的內加熱器(1)和外加熱器(2)以及均勻設置在所述內加熱器(1)與外加熱器(2)之間的多個坩堝(3)，所述坩堝(3)底部設有冷卻裝置(4)，所述內加熱器(1)和外加熱器(2)的功率為可控的。2.如權利要求1所述的藍寶石長晶爐，其特征在于：所述冷卻裝置(4)包括相互連通的一進口(41)和一出口(42)，所述冷卻裝置(4)內設有冷卻介質(43)，所述冷卻介質(43)由進口(41)向出口(42)方向流動，所述冷卻介質(43)的流量及溫度為可控的。3.如權利要求2所述的藍寶石長晶爐，其特征在于：所述冷卻介質(43)為水或氦氣。4.如權利要求1所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙能偉，
申請(專利權)人：常州億晶光電科技有限公司，
類型：新型
國別省市：江蘇;32