[实用新型]一种生长大尺寸蓝宝石单晶的加热体结构

说明书

（一）技术领域

本实用新型涉及一种蓝宝石单晶炉加热体结构，具体涉及一种泡生法生长大尺寸蓝宝石单晶的倒锥形鸟笼状加热体。

（二）背景技术

蓝宝石单晶具有优异综合性能，被广泛应用于许多特殊领域。尤其因其具有独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的热学性能，使蓝宝石晶体成为实际应用的半导体GaN/Al₂O₃发光二极管(LED)，大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等最为理想的衬底材料。

随着科学技术的发展，对蓝宝石单晶的品质与尺寸提出了更高的要求。而蓝宝石单晶生长设备结构合理是生长高品质、大尺寸蓝宝石单晶的前提条件。只有温场合理，才有可能有效控制晶体径向和轴向的温度梯度，生长出形状理想、内部缺陷少的高品质、大尺寸蓝宝石单晶。

目前，泡生法蓝宝石单晶炉中普遍采用筒形鸟笼状加热体。由于结构特点，对发热体数量有及侧面与底部钨棒排布密度有所限制，炉内轴向温度梯度较小，尤其在晶体生长后期，生长速度较快，不易控制。

（三）发明内容

本实用新型的目的在于针对泡生法生长大尺寸蓝宝石晶体底部生长速度过快的问题进行深入分析，在前期授权专利号CN200920100240.3的基础上，对现有鸟笼状加热体重新进行设计，提供一种工艺可控性更好，温场更稳定、温度梯度更大的生长大尺寸蓝宝石单晶的热场结构。

本实用新型的目的是这样实现的：它是一种倒锥形鸟笼状加热体，包括两个半环形铜电极结构、钨棒弯成的倒锥形结构，横向环形钨棒组成的固定结构，纵向排布的钨棒分为六组，每组数量为3~8根，两端分别固定在两个半环铜电极结构上，六组纵向排布的钨棒分为三层，每两组钨棒形成相互平行且共面的形式，六组纵向排布的钨棒形成倒锥形结构，在底部中间围成一个供支柱通过的孔，两个半环形铜电极结构上连接的钨棒之间分别通过横向环形钨棒组成的固定结构固定，纵向的钨棒与横向环形钨棒交接处用钨丝绑紧。

 本实用新型还有这样一些特征：

1、  所述的两个半环形铜电极结构内部设有螺纹孔，通过顶丝将钨棒固定。

2、    所述的两个半环形铜电极结构的内径为400~600mm，厚30~60mm。

3、    所述的倒锥形结构直径为4~6mm，两端分别通过钼螺栓固定在两个半环铜电极结构上。

4、    所述的横向环形钨棒分别连接每个铜电极半环一侧的纵向钨棒，每侧为2~3组，每组的数量为两根，直径为4~8mm。

本实用新型在制备高品质、大尺寸、高长径比蓝宝石单晶方面具有明显优势。本实用新型倒锥形鸟笼状热体温度分布同样具有以下特点：加热体底部温度高于顶部温度，边缘温度高于心部温度。然而，与原有泡生法加热体结构相比温度梯度更大，底部较大的轴向温度梯度可以解决传统泡生法单晶炉轴向温度梯度小，晶体生长后期速度过快的问题。该加热体结构尤其更加适合于生长高长径比、大尺寸蓝宝石单晶。

本实用新型的有益效果有：

1、 该倒锥形鸟笼状加热体，底部加热体排布密度更大，炉内轴向温度梯度较大，有效地控制了大尺寸蓝宝石晶体底部结晶速度过快现象。降低了晶体生长过程的热应力及晶体发生底部粘埚和出现云雾的几率。

2、 该倒锥形鸟笼状加热体，由于轴向温度梯度增大，更加适合于生长长径比较大的大尺寸蓝宝石单晶。

3、 该倒锥形鸟笼状加热体，由于温度梯度的合理设计，减少了后续生长过程中更多的调控操作，更加容易实现自动化控制。

（四）附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

（五）具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

结合图1，本实施例加热体结构包括：两个半环形铜电极结构1、钨棒2弯成的倒锥形结构，横向环形钨棒3组成的固定结构。纵向排布的钨棒2分为六组，每组数量为3~8根，两端分别通过钼螺栓4固定在两个半环铜电极结构1上。六组纵向排布的钨棒分为三层，每两组钨棒形成相互平行且共面的形式，每组直径递加形成倒锥形，六组钨棒在底部中间围成一个供支柱通过的孔。层间留有适当的间隔，防止钨棒高温下发生变形而造成短路，两个半环形铜电极结构上连接的钨棒之间分别通过2~3组横向环形钨棒3固定，纵向的钨棒与横向环形钨棒交接处用钨丝5绑紧。

在本实用新型仅陈述了尤其适于生长高长径比蓝宝石单晶的加热体结构，在本实用新型的思想基础上，也可根据所生长晶体规格对加热体外形及尺寸进行调整，例如将加热热体做成倒梯形结构，也属于本实用新型的保护范围。