[发明专利]一种成型蓝宝石晶体的生长方法及设备

权利要求书

1.一种成型蓝宝石晶体的生长方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、将设定重量的高纯蓝宝石块料或粉料装入一坩埚中；所述坩埚的上部呈长方体形状，底部呈半圆柱面形状；所述坩埚上部内还设有半圆柱面的内坩埚，内坩埚上部连有一根细管，内坩埚的材料为与蓝宝石熔体具有浸润性的耐高温材料或其合金材料；内坩埚放在蓝宝石料上，放置时保证内坩埚上的细管和籽晶的同轴度；

步骤S2、将晶体生长炉抽真空，真空度为～10^-3Pa；

步骤S3、通过加热器控制晶体生长炉升温至2000-2100℃，待蓝宝石熔化成熔体；熔体通过内坩埚上部的细管依据毛细管原理上升到细管顶部，形成熔体膜；

步骤S4、下籽晶，进行引晶；

步骤S5、引晶后以降电压的方式长晶，长晶的速度从上称重传感器的重量变化信号获得，以此来精确控制；待内坩埚下的熔体几乎全部结晶后，缓缓提拉结晶体，内坩埚上部的熔体下降到坩埚底部和结晶体之间的缝隙中，继续结晶，这一过程称为低液面长晶；热传递过程仅为简单的传导过程，在结晶界面和坩埚之间的温度分布接近线性分布，可以获得高质量的结晶体；

步骤S6、进行晶体的退火处理，退火温度1600～2000℃，退火时间100hr；

步骤S7、以10～60℃/h的速度缓慢降温；

步骤S8、炉内温度降至室温后，取出晶棒，加工。

2.一种成型蓝宝石晶体的生长方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1、将设定重量的高纯蓝宝石块料或粉料装入一坩埚中；所述坩埚包括上部坩埚、下部坩埚，上部坩埚内设有一内坩埚；所述内坩埚上部连有一根细管，内坩埚放在蓝宝石料上，放置时要保证内坩埚上的细管和籽晶的同轴度；

步骤2、将晶体生长炉抽真空，真空度为～10^-3Pa；

步骤3、通过加热器控制晶体生长炉升温至2000-2100℃，待蓝宝石熔化成熔体；熔体通过内坩埚上部的细管依据毛细管原理上升到细管顶部，形成熔体膜；

步骤4、下籽晶，进行引晶；

步骤5、引晶后以降电压的方式长晶；

步骤6、进行晶体的退火处理；

步骤7、取出晶棒，加工。

3.根据权利要求2所述的成型蓝宝石晶体的生长方法，其特征在于：

所述步骤5进一步包括：长晶的速度从上称重传感器的重量变化信号获得，以此来精确控制；待内坩埚下的熔体几乎全部结晶后，缓缓提拉结晶体，内坩埚上部的熔体下降到坩埚底部和结晶体之间的缝隙中，继续结晶，这一过程称为低液面长晶；热传递过程仅为简单的传导过程，在结晶界面和坩埚之间的温度分布接近线性分布，可获得高质量的结晶体。

4.根据权利要求2所述的成型蓝宝石晶体的生长方法，其特征在于：

所述上部坩埚呈长方体形状，下部坩埚呈半圆柱面形状；所述内坩埚呈半圆柱面形状，内坩埚的直径小于坩埚的直径；内坩埚的材料为与蓝宝石熔体具有浸润性的耐高温材料或其合金材料。

5.根据权利要求4所述的成型蓝宝石晶体的生长方法，其特征在于：

所述内坩埚的材料为钼、钨、铱、钽中的一种或其合金。

6.根据权利要求4所述的成型蓝宝石晶体的生长方法，其特征在于：

所述细管直径为6-12mm。

7.一种成型蓝宝石晶体的生长设备，其特征在于，所述设备包括：晶体生长炉、加热器、坩埚、内坩埚、称重系统；

所述坩埚内设置所述内坩埚，内坩埚上部有一根细管，起到毛细管的作用，用以获得一个高于自由液面的小界面，以便于引晶；内坩埚放在蓝宝石料上，保证内坩埚上的细管和籽晶的同轴度；

所述细管处为冷心的位置，随着温度的下降，晶体开始生长；由称重系统精确控制晶体生长的速率，待内坩埚下的熔体几乎全部结晶后，提拉结晶体，内坩埚上部的熔体下降到坩埚底部，继续结晶；热传递过程仅为简单的传导过程，在结晶界面和坩埚之间的温度分布接近线性分布，可获得高质量的结晶体。

8.根据权利要求7所述的成型蓝宝石晶体的生长设备，其特征在于：

所述坩埚包括上部坩埚、下部坩埚，上部坩埚内设置内坩埚；所述上部坩埚呈长方体形状，下部坩埚呈半圆柱面形状；所述内坩埚呈半圆柱面形状，内坩埚的直径小于坩埚的直径；

所述内坩埚的材料为与蓝宝石熔体具有浸润性的耐高温材料或其合金材料。