[发明专利]一种用于泡生法蓝宝石晶体炉的多层结构内隔热屏

说明书

技术领域

本发明涉及蓝宝石单晶(即氧化铝单晶)生长技术领域，尤其涉及一种用于泡生法蓝宝石晶体炉的多层结构内隔热屏。

背景技术

蓝宝石的组成为氧化铝(Al₂O₃)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成，其晶体结构为六方晶格结构，它常被应用的切面有a-Plane、c-Plane及r-Plane。由于蓝宝石的光学穿透带很宽，从近紫外光(190nm)到中红外线都具有很好的透光性，因此被大量用在光学元件、红外装置、高强度激光镜片材料及掩模材料上。蓝宝石具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性、熔点高(2045℃)等特点，是一种相当难加工的材料，因此常被用来作为光电元件的材料。

目前超高亮度白/蓝光LED的品质取决于氮化镓外延(GaN)的材料品质，而氮化镓外延品质则与所使用的蓝宝石基板表面加工品质息息相关，蓝宝石(单晶Al₂O₃)C面Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小，同时符合GaN外延制作工艺中耐高温的要求，使得蓝宝石晶片成为制作白/蓝/绿光LED的关键材料。同时大尺寸的蓝宝石晶体还是军用制导武器最常用的红外窗口材料。但是，用于光学及LED衬底的蓝宝石晶体其应力和缺陷要求极高，尽管半个多世纪以来陆续出现了提拉法、热交换法、布里奇曼法以及倒模法等蓝宝石生长技术，目前最成熟的生长大尺寸低应力无缺陷蓝宝石晶体的技术仍然还是泡生法(或KY法)。

泡生法生长蓝宝石晶体必须要使用可以加热到其熔点(2050℃)以上的晶体生长炉，在这一温度工作的材料只用钨、钼、铌、钽或铼，其中铌、钽或铼属稀有金属，价格异常昂贵，在泡生法蓝宝石晶体炉中除钨铼的合金丝用于捆绑发热体外极少使用。

钨钼材料则是泡生法蓝宝石晶体炉热场中最常用的材料。泡生法蓝宝石晶体炉主要由热场、炉体、提拉旋转装置、电源、真空以及水循环系统组成。其中的热场是整个晶体炉的核心，其成本占到总成本的70％-80％，热场由发热体与隔热屏两部分组成。由于钼材料在高温下比钨材料更易挥发，因此发热体一般都是用钨材料制作。而隔热屏的主要作用是使发热体产生的热辐射均匀缓慢的向外的传递。考虑到钼的密度远低于钨其延展性与加工性能好的多，因此较低温度下使用的隔热屏通常都是由钼材料制作的。

目前的多层结构内隔热屏由上下两部分组成，上下两部分为两个形状相同的单独圆筒，两部分之间用一圈钼片铆接在一起使用。由于最内层的隔热屏其使用温度最高，如使用钼隔热屏在最多6个生长周期后中部就会损坏，上下两层隔热屏都必须更换。如选用钨的隔热屏，其寿命接近于永久，但其成本则高出10倍以上，并且温场梯度会受到一定的影响，钨的多层结构内隔热屏的晶体生长成品率要低于钼材料的多层结构内隔热屏。

因此，钼的多层结构内隔热屏依然是泡生法蓝宝石晶体炉的首选。但是其消耗速度也是整个热场中最快的，这样会使每炉蓝宝石生长的成本增加约4000-5000元，占到总成本的四分之一。如果能找到一种减少钼材料损耗的方法，就能极大的节约成本。在目前蓝宝石价格偏低的市场情况下，一旦得到解决其成本降低带来的竞争优势是显而易见的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于泡生法蓝宝石晶体炉的多层结构内隔热屏，以降低蓝宝石的生长成本。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种用于泡生法蓝宝石晶体炉的多层结构内隔热屏，该多层结构内隔热屏整体呈圆筒形，包括自上而下依次连接的上隔热层1、中隔热层2和下隔热层3，其中上隔热层1与下隔热层3位于晶体炉的低温区，中隔热层2位于晶体炉的高温区。

上述方案中，在所述上隔热层1、中隔热层2和下隔热层3两两之间采用若干钼片4连接。所述在上隔热层1、中隔热层2和下隔热层3两两之间采用若干钼片4连接，是在上隔热层1底部与中隔热层2顶部相连接处以及下隔热层3顶部与中隔热层2底部相连接处，均间隔均匀的焊接或铆接若干钼片4；所述钼片4共八片。

上述方案中，所述上隔热层1、中隔热层2和下隔热层3均由钼金属制作而成。

上述方案中，所述上隔热层1、中隔热层2和下隔热层3均呈圆筒形。

上述方案中，所述中隔热层2的高度占所述多层结构内隔热屏高度的40％。

上述方案中，所述中隔热层2由一个或多个钼金属圆筒拼接而成。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：