[发明专利]蓝宝石晶体生长装置及生长方法

权利要求书

1.一种蓝宝石晶体生长装置，包括炉体（14）和抽真空装置，所述炉体（14）为可开合式炉体，所述抽真空装置与炉体（14）内部连通；所述炉体（14）内部设有钢笼（3），所述钢笼（3）呈上下开口的结构，钢笼（3）的上开口处设有上保温层（4），下开口处设有底保温层（11），钢笼（3）的内表面设有侧保温层（7）；钢笼（3）的内部设有基座（10），所述基座（10）上放置有坩埚（8），其特征在于：所述炉体（14）的顶部设有升降装置（1），所述升降装置（1）通过连接杆（2）与钢笼（3）连接；所述基座（10）的上表面设有锥形或圆弧形沉孔，所述坩埚（8）的底面形状呈与锥形或圆弧形沉孔形状相适配的锥面或圆弧面，所述坩埚（8）的侧面设有侧加热器（6）和/或上方设有顶加热器（5）。

2.如权利要求1所述的蓝宝石晶体生长装置，其特征在于：所述锥形或圆弧形沉孔的表面设有导气槽（13），所述导气槽（13）呈向锥形或圆弧形沉孔四周上沿发散状。

3.如权利要求2所述的蓝宝石晶体生长装置，其特征在于：所述导气槽（13）的宽度为3～20mm，深度为0.1～20mm。

4.如权利要求3所述的蓝宝石晶体生长装置，其特征在于：所述导气槽（13）的宽度为5～10mm，深度为0.5～5mm。

5.如权利要求1～4之一所述的蓝宝石晶体生长装置，其特征在于：所述坩埚（8）和基座（10）间垫有一层导热石墨纸。

6.如权利要求1～4之一所述的蓝宝石晶体生长装置，其特征在于：所述基座（10）的中心和底保温层（11）的中心均设有中心孔（15）。

7.如权利要求6所述的蓝宝石晶体生长装置，其特征在于：还设有外进气气冷装置，外进气气冷装置包括气源、阀门、外部进气管、底部进气管（12），气源与阀门通过第一连接管连接；阀门与外部进气管连接，阀门与外部进气管之间设置有流量计，流量计与阀门之间通过第二连接管连接；外部进气管与底部进气管（12）连接，底部进气管（12）与外部进气管的连接处设置有套管，底部进气管（12）穿过底保温层（11）的中心孔（15）和基座（10）的中心孔（15），伸入到坩埚（8）底部下方。

8.一种蓝宝石晶体的生长方法，其特征在于：利用权利要求7所述的蓝宝石晶体生长装置进行，具体操作步骤如下：

（1）放置蓝宝石籽晶：在坩埚（8）底部铺设蓝宝石籽晶（9），使蓝宝石籽晶（9）位于底部进气管（12）的正上方；

（2）装料：将高纯氧化铝原料放入坩埚（8）内，关闭炉体（14）；

（3）抽真空：启动抽真空装置，将炉体（14）内的压力抽至3Pa以下；

（4）加热化料：启动侧加热器（6）或/和顶加热器（5），使钢笼（3）内的温度升至2050～2150℃，高纯氧化铝原料开始熔化；用钨探针探测坩埚（8）内固液界面的位置，确定蓝宝石籽晶（9）是否开始融化，当蓝宝石籽晶（9）开始熔化时，启动外进气气冷装置，以10～200L/min的流速向坩埚（8）底部通入冷却气体，直至蓝宝石籽晶（9）被部分熔化；

（5）晶体生长：通过升降装置（1）将钢笼（3）的高度提升1～350mm，使钢笼（3）与底保温层（11）分离，进而使基座（10）暴露在炉体（14）内，基座（10）向外辐射散热，降低坩埚（8）底部蓝宝石籽晶（9）附近的温度，蓝宝石籽晶（9）生长；以10～50L/min的流速向坩埚（8）底部通入冷却气体，直至坩埚（8）内的熔体全部结晶；

（6）退火降温：通过升降装置（1）将钢笼（3）提升至最高位置；以10～100L/min的流速向坩埚（8）底部通入冷却气体，直至坩埚8内的晶体冷却至室温；

（7）出炉：待炉体（14）内的温度降至400℃以下后，打开炉体（14），取出晶体。

9.如权利要求8所述的蓝宝石晶体的生长方法，其特征在于：步骤（2）、（4）中所述高纯氧化铝原料为氧化铝粉料、氧化铝饼料、氧化铝块料中的任意一种或几种。

10.如权利要求8所述的蓝宝石晶体的生长方法，其特征在于：步骤（1）、（2）、（4）、（5）、（6）中所述坩埚（8）为钨坩埚、钼坩埚、铱坩埚中的任意一种。