[发明专利]一种蓝宝石晶体的生长方法及设备

权利要求书

1.一种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坩埚中，选用籽晶晶向为m向或a向的定向籽晶置于坩埚下部，坩埚下部的籽晶由氩气冷却，而后将坩埚置于晶体生长炉内；所用坩埚上部形状为细管状，管上端开口；

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；原料熔化后体积膨胀，使坩埚上部细部中充满了熔体，由于上部直径d小于下部直径D的1/10，则熔体结晶时的体积收缩变化被放大，变得显著，再由坩埚上部的液面高度感测器探头监测到液面高度，便可获得结晶速度变化数据，从而实现精确控制；

步骤4：坩埚下降的方式生长晶身，至晶体生长结束；

步骤5：进行晶体的退火处理，退火温度1600～2000℃，退火时间100hr；

步骤6：以10～60℃/h的速度缓慢降温；

步骤7：炉内温度降至室温后，取出晶棒，加工。

2.一种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坩埚中，选用a向或m向的定向籽晶置于坩埚下部，冷却籽晶，而后将坩埚置于晶体生长炉内；所用坩埚包括坩埚主体、设置于该坩埚主体上方的坩埚上部机构，坩埚上部机构的上端开口；坩埚上部机构的横截面积s小于坩埚主体横截面积S的1/100；

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；原料熔化后体积膨胀，使所述坩埚上部机构中充满了熔体，由于坩埚上部机构的横截面积s小于坩埚主体横截面积S的1/100，则熔体结晶使的体积收缩变化被放大，再由设置于坩埚上方的液面高度感测器监测到液面高度，便可获得结晶速度变化数据，从而实现精确控制；

步骤S4：通过坩埚下降的方式生长晶身，至晶体生长结束；

步骤S5：进行晶体的退火处理，退火温度1600～2000℃；

步骤S6：缓慢降温；而后取出晶棒，加工。

3.根据权利要求2所述的蓝宝石晶体的生长方法，其特征在于：

所述步骤S1中，坩埚下部的籽晶由氩气冷却；所述坩埚上部机构为中空的细圆管。

4.根据权利要求2所述的蓝宝石晶体的生长方法，其特征在于：

所述坩埚上部机构的体积V1＞0.25×坩埚主体的体积V2。

5.根据权利要求2所述的蓝宝石晶体的生长方法，其特征在于：

设置于坩埚上方的液面高度感应器的探头可上下移动。

6.根据权利要求2所述的蓝宝石晶体的生长方法，其特征在于：

所述步骤S5中，退火时间100hr。

7.一种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，用以控制所述晶体生长炉的温度；

坩埚，设置于晶体生长炉内，包括坩埚主体、设置于该坩埚主体上方的坩埚上部机构，坩埚上部机构的上端开口；坩埚上部机构的横截面积s小于坩埚主体横截面积S；

液面高度感测器，设置于坩埚上方，用以实时监测坩埚上部机构的液面高度数据，以便获得结晶速度变化数据，从而实现精确控制。

8.根据权利要求7所述的蓝宝石晶体的生长设备，其特征在于：

所述坩埚上部机构为中空的细圆管。

9.根据权利要求7所述的蓝宝石晶体的生长设备，其特征在于：

所述坩埚上部机构的体积V1＞0.25×坩埚主体的体积V2。

10.根据权利要求7所述的蓝宝石晶体的生长设备，其特征在于：

所述液面高度感应器的探头可上下移动。