一种蓝宝石单晶炉的隔热屏结构的制作方法

1.本发明涉及蓝宝石单晶生长的技术领域，尤其是涉及一种蓝宝石单晶炉的隔热屏结构。


背景技术：

2.蓝宝石单晶具有优异的力学、热学、光学等性能，被广泛应用于科学技术、国防与民用工业、半导体行业的诸多领域，是目前led市场中蓝光gan外延基板的首选材料。随着蓝宝石单晶生长及加工技术的不断进步，行业发展日趋成熟，蓝宝石产品在成本及性能方面的综合优势日趋突显，也因此使蓝宝石在消费类电子及其它消费类产品方面呈现出很好的应用前景。
3.宝石晶体的熔化温度约为2050℃，泡生法是目前的最为主要的生长方法之一，而在泡生法生长蓝宝石晶体炉内需要用到大量的保温热屏，隔热屏结构主要分为上部隔热屏、侧面隔热屏以及底部隔热屏。在大于2050℃高温条件下，侧面隔热屏结构的选择和设计显得非常重要，尤其是对高温条件下材料的机械强度和保温隔热能力的要求非常高；既要保证一定的保温效果，又要求达到晶体生长所需的理想的径向和轴向温度梯度要求；目前隔热屏在高温下容易变形，会导致整个温场轴向温度梯度发生改变，所以一般来说一套保温热场结构经过3-5炉生长之后，其热场变形会影响炉内热场分布从而不再适合生长晶体。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本发明的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.因此，本发明目的是提供一种蓝宝石单晶炉的隔热屏结构，能够增强侧面隔热保温效果，有利于形成均匀的轴向温度梯度，且可控制和改善炉内的轴向温度梯度，从而促进晶体生长过程中凸的液固界面的形成，降低原位退火过程中晶体内部的热应力，提高晶体质量。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种蓝宝石单晶炉的隔热屏结构，采用如下的技术方案：包括上部隔热屏和底部隔热屏，还包括侧面隔热屏，所述侧面隔热屏包括
7.隔热层，包括由内到外直径逐渐变大的多层钼筒组成，每层钼筒顶部均连接于上部隔热屏上，由内到外的每层钼筒高度逐渐变长，最外层钼筒连接于上部隔热屏和底部隔热屏之间，
8.保温层，包括由内层陶瓷保温层和外层陶瓷保温层组成的双层陶瓷保温层，内层陶瓷保温层和外层陶瓷保温层之间具有填充区，填充区内设有多层由内到外直径逐渐变大的间隔层。
9.可选的，隔热层由上至下厚度逐渐减小。
10.可选的，钼筒采用热反射钼片，热反射钼片被压制成纵横间隔排布的正反双球窝
波纹形状，且以两个正向球窝为一个循环单元，以两个反向球窝为一个循环单元，进行等间隔循环分布，相邻两层热反射钼片装填时正向球窝的顶点对反向球窝的顶点的背向式交错叠放，保证相邻两层热反射钼片之间的接触全是点接触。
11.可选的，最外层钼筒设置有多组，钼筒共10-18层，最外层钼筒为5-9层。
12.可选的，陶瓷保温层为氧化铝或氧化锆陶瓷保温砖或保温球层组成。
13.可选的，所述填充区内填充zro2空心泡壳。
14.可选的，所述间隔层采用陶瓷保温层。
15.可选的，所述外层陶瓷保温层呈阶梯状，由下到上直径逐渐变大。
16.可选的，所述上部隔热屏包括上钼隔热屏和钼坩埚盖，底部隔热屏包括下钼隔热屏和底部陶瓷保温层。
17.综上所述，本发明包括以下至少一种有益效果：
18.1.侧面隔热屏的隔热层采用非全高钼筒层，配合外层陶瓷保温层，一方面，侧面隔热保温增强，可减小熔体液面散热速度，增大径向温度梯度，有利于稳定晶体生长速度；另一方面，有利于形成均匀的轴向温度梯度，既可以保证晶体生长前沿的凸出率，使气泡容易排出，又可以避免后期晶体生长速度过快。
19.2、侧面隔热屏的填充区的不同放置及不同放置高度具有控制炉内温度梯度的作用，有利于长晶过程中凸界面的形成，调节晶体生长回熔区的位置和范围，使晶体表面温度分布更加平缓，降低了由于热应力过高而导致晶体开裂的概率，并且能够优化蓝宝石单晶生长炉内热场分布，控制和改善炉内的轴向温度梯度，从而促进晶体生长过程中凸的液固界面的形成，降低原位退火过程中晶体内部的热应力，提高晶体质量。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明结构示意图；
22.图2为本发明图1的a部放大结构示意图；
23.图3为本发明图1的b部放大结构示意图；
24.图4为本发明钼筒结构示意图；
25.图5为本发明图4的c-c剖视图。
26.附图标记说明：1、隔热层；101、钼筒；101-a、正向球窝；101-b、反向球窝；2、保温层；201、内层陶瓷保温层；202、外层陶瓷保温层；203、填充区；204、间隔层；3、上钼隔热屏；4、钼坩埚盖；5、下钼隔热屏；6、底部陶瓷保温层。
具体实施方式
27.以下结合附图1-5对本发明作进一步详细说明。
28.参照图1，本发明公开一种蓝宝石单晶炉的隔热屏结构，包括上部隔热屏和底部隔热屏，所述上部隔热屏包括上钼隔热屏3和钼坩埚盖4，底部隔热屏包括下钼隔热屏5和底部
陶瓷保温层6，该整体隔热屏结构结构单晶炉内上部和底部的保温基本结构不变，不同之处在于侧面隔热屏。
29.参照图2，还包括侧面隔热屏，所述侧面隔热屏包括隔热层1，隔热层1由上至下厚度逐渐减小，即包括由内到外直径逐渐变大的多层钼筒101组成，每层钼筒101顶部均连接于上部隔热屏上，由内到外的每层钼筒101高度逐渐变长，最外层钼筒101连接于上部隔热屏和底部隔热屏之间。通过采用非全高的钼筒101层，一方面加强了炉内保温，有助于缩短化料时间，增大熔体底部温度梯度；另一方面，侧面隔热屏上部隔热增强，可减小熔体液面散热速度，增大径向温度梯度，有利于稳定晶体生长速度。钼筒101高度逐渐增加，有利于形成均匀的轴向温度梯度，既可以保证晶体生长前沿的凸出率，使气泡容易排出，又可以避免后期晶体生长速度过快，晶体底部出现大量云雾。
30.其中，钼筒101厚度一般在0.05mm～1.0mm，并都压制成图4和图5所示的纵横规律性间隔排布的正反双球窝波纹形状，且以两个正向球窝101-a为一个循环单元，以两个反向球窝101-b为一个循环单元，进行等间隔循环分布。正向球窝101-a和反向球窝101-b的深度一般在5mm～15mm范围，优选在5～10mm；相邻正向球窝101-a、相邻反向球窝101-b、以及相邻正向球窝101-a与反向球窝101-b之间的间距一般均在30mm～90mm范围。热反射钼片的装填层数根据发热设备的保温需求而定，相邻两层热反射钼片之间的间距可以通过控制正向球窝101-a和反向球窝101-b的高度来调整，以达到热反射钼片装填层数与保温隔热效果的最优化。相邻两层热反射钼片装填时必须是正向球窝101-a的顶点对反向球窝101-b的顶点的背向式交错叠放，保证相邻两层热反射钼片之间的接触全是点接触，目的是减少热反射钼片接触面积，减少热反射钼片接触导热损失。最外层钼筒101设置有多组，钼筒101共10-18层，最外层钼筒101为5-9层。保证侧面隔热屏底部的隔热保温。
31.参照图3，保温层2包括由内层陶瓷保温层201和外层陶瓷保温层202组成的双层陶瓷保温层，所述外层陶瓷保温层202呈阶梯状，由下到上直径逐渐变大。其效果同多层钼筒101效果相同，加强了炉内保温，有助于缩短化料时间，增大熔体底部温度梯度；另一方面，上部保温结构增强，可减小熔体液面散热速度，增大径向温度梯度，有利于稳定晶体生长速度，内层陶瓷保温层201和外层陶瓷保温层202之间具有填充区203，所述填充区203内填充zro2空心泡壳。填充区203内设有多层由内到外直径逐渐变大的间隔层204。所述间隔层204采用陶瓷保温层。在保证保温效果的同时，可以调节填充的厚度，填充厚度优选在30-40mm的范围内，全部填充满，以保证热场基本的保温隔热性能；不同填充高度和厚度可以调节炉内轴向温度梯度分布，最低填充高度高于坩埚底部。陶瓷保温层为氧化铝或氧化锆陶瓷保温砖或保温球层组成。
32.通过在填充区203内不同放置及不同放置高度具有控制炉内温度梯度的作用，有利于长晶过程中凸界面的形成，调节晶体生长回熔区的位置和范围，使晶体表面温度分布更加平缓，降低了由于热应力过高而导致晶体开裂的概率，并且能够优化蓝宝石单晶生长炉内热场分布，控制和改善炉内的轴向温度梯度，从而促进晶体生长过程中凸的液固界面的形成，降低原位退火过程中晶体内部的热应力，提高晶体质量。
33.以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种蓝宝石单晶炉的隔热屏结构，包括上部隔热屏和底部隔热屏，其特征在于：还包括侧面隔热屏，所述侧面隔热屏包括隔热层(1)，包括由内到外直径逐渐变大的多层钼筒(101)组成，每层钼筒(101)顶部均连接于上部隔热屏上，由内到外的每层钼筒(101)高度逐渐变长，最外层钼筒(101)连接于上部隔热屏和底部隔热屏之间，保温层(2)，包括由内层陶瓷保温层(201)和外层陶瓷保温层(202)组成的双层陶瓷保温层，内层陶瓷保温层(201)和外层陶瓷保温层(202)之间具有填充区(203)，填充区(203)内设有多层由内到外直径逐渐变大的间隔层(204)。2.根据权利要求1所述的一种蓝宝石单晶炉的隔热屏结构，其特征在于：隔热层(1)由上至下厚度逐渐减小。3.根据权利要求1所述的一种蓝宝石单晶炉的隔热屏结构，其特征在于：钼筒(101)采用热反射钼片，热反射钼片被压制成纵横间隔排布的正反双球窝波纹形状，且以两个正向球窝(101-a)为一个循环单元，以两个反向球窝(101-b)为一个循环单元，进行等间隔循环分布，相邻两层热反射钼片装填时正向球窝(101-a)的顶点对反向球窝(101-b)的顶点的背向式交错叠放，保证相邻两层热反射钼片之间的接触全是点接触。4.根据权利要求1所述的一种蓝宝石单晶炉的隔热屏结构，其特征在于：最外层钼筒(101)设置有多组，钼筒(101)共10-18层，最外层钼筒(101)为5-9层。5.根据权利要求1所述的一种蓝宝石单晶炉的隔热屏结构，其特征在于：陶瓷保温层为氧化铝或氧化锆陶瓷保温砖或保温球层组成。6.根据权利要求1所述的一种蓝宝石单晶炉的隔热屏结构，其特征在于：所述填充区(203)内填充zro2空心泡壳。7.根据权利要求1所述的一种蓝宝石单晶炉的隔热屏结构，其特征在于：所述间隔层(204)采用陶瓷保温层。8.根据权利要求1所述的一种蓝宝石单晶炉的隔热屏结构，其特征在于：所述外层陶瓷保温层(202)呈阶梯状，由下到上直径逐渐变大。9.根据权利要求1所述的一种蓝宝石单晶炉的隔热屏结构，其特征在于：所述上部隔热屏包括上钼隔热屏(3)和钼坩埚盖(4)，底部隔热屏包括下钼隔热屏(5)和底部陶瓷保温层(6)。

技术总结
本发明公开了蓝宝石单晶生长技术领域的一种蓝宝石单晶炉的隔热屏结构，包括侧面隔热屏，侧面隔热屏包括隔热层，包括由内到外直径逐渐变大的多层钼筒组成，每层钼筒顶部均连接于上部隔热屏上，由内到外的每层钼筒高度逐渐变长，最外层钼筒连接于上部隔热屏和底部隔热屏之间，保温层，包括由内层陶瓷保温层和外层陶瓷保温层组成的双层陶瓷保温层，内层陶瓷保温层和外层陶瓷保温层之间具有填充区，填充区内设有多层由内到外直径逐渐变大的间隔层，能够增强侧面隔热保温效果，有利于形成均匀的轴向温度梯度，且可控制和改善炉内的轴向温度梯度，从而促进晶体生长过程中凸的液固界面的形成，降低原位退火过程中晶体内部的热应力，提高晶体质量。高晶体质量。高晶体质量。


技术研发人员：魏超 侯绍刚 马新珂 宋旭波 王亚东 杜迎虎 曲绍兵 刘海波 张娇
受保护的技术使用者：山东新升光电科技有限责任公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/10/7