[发明专利]一种蓝宝石单晶炉底部加热器及单晶炉

说明书

技术领域

本发明涉及到蓝宝石单晶炉领域。

背景技术

蓝宝石单晶具有优异的光学性能，机械强度高，化学性能稳定，强度高、硬度大、耐冲刷，可以在接近2000℃的高温恶劣环境下工作，因而被广泛应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料：其独特的晶格结构，优异的力学性能和良好的热稳定性，使高完整性、低缺陷C面取向的蓝宝石单晶成为实际应用的LED和LD发光二极管半导体工业最为理想的衬底材料。

高品质的蓝宝石晶体需要一个较好且稳定的轴向梯度和径向梯度。发热体的结构设计的主要标准是否能满足热量且构建出稳定的横向与径向梯度。目前，蓝宝石单晶炉的底部加热器存主要通过钨杆折弯而成，具体结构有两种型式：第一种如图1及图2所示，为将钨杆1折弯成U型并连接有铜电极2，U型钨杆竖直部分对坩埚侧部进行加热，U型钨杆横杆部分在坩埚底部纵横交错，对坩埚底部进行加热。第二种如图3及图4所示，采用L型钨杆3并连接有铜电极1，在第一种结构型式的基础上增加集电环2，L型钨杆连接到集电环2上，L型钨杆3的一侧对坩埚侧部进行加热，L型钨杆3的另外一侧成放射状无交错的分布在集电环2周围。

现有结构存在以下缺点：发热体采用金属钨材料，高温刚度差，易发生变形，无法通过结构设计提高发热体阻值，且材料高温后极易吸附其他物质导致自身电阻衰减，稳定性差；

由于侧部发热体与底部发热体为合二为一，功率无法单独调整，轴向温梯固定，随着使用炉次的增加，由于重力原因，底部钨杆会下沉，导致发热体与坩埚辐射角度发生变化，以及在发热体使用过程中，底部钨杆阻值衰减较侧部钨杆严重的多，导致轴向温梯发生变化，影响晶体质量。

由于物理结构问题，现有发热体底部发热部分均存在越靠近中心，钨杆分布越密集，发热量越大的情况，这与蓝宝石长晶所需径向温度梯度方向相反，容易导致长晶后后期固液界面翻转，从而产生中心气泡。甚至会导致长晶后期坩埚侧部先结晶，导致晶体无法与坩埚脱离，进而导致晶体开裂。

故需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蓝宝石单晶炉底部加热器，能够解决现有发热体轴向、径向温度梯度的不可控的问题。

本发明同时提供一种使用上述加热器的单晶炉。

为达到上述目的，本发明蓝宝石单晶炉底部加热器可采用如下技术方案：

一种蓝宝石单晶炉底部加热器，包括发热体，所述发热体为带状结构，且发热体包含外层段、自外层段弯折处向内弯折的中层段、自中层段弯折处向内弯折的内层段；所述外层段的长度大于中层段的长度；中层段的长度大于内层段的长度；所述外层段的横截面积小于中层段的横截面积、中层段的的横截面积小于内层段的横截面积。

有益效果：本发明的加热器采用带状结构，能够增大发热体电阻，降低使用电流，提高发热体效率。加热器中分成三层，即外层段、中层段、内层段，自外向内的每一段加热器部分的长度逐渐缩短且横截面积逐渐增大，在相同材质下即可知每一段加热器部分的电阻自外向内逐渐减小，在加热器通电的电流恒定情况下，则可知发热体能量密度由外向内逐渐减小，发热体由外向内的发热量逐层降低，梯度更符合单晶炉中的晶体生长需要，发热体发热稳定性好。

本发明还提供了使用蓝宝石单晶炉底部加热器的单晶炉。

附图说明

图1为现有技术中一种U型发热器与坩埚配合的示意图。

图2为图1中发热体底部排布形式。

图3为现有技术中另一种L型发热器与坩埚配合的示意图。

图4为图3中发热体底部排布形式。

图5为本发明中加热器的立体图。

图6为本发明中加热器的纵向剖视图。

图7为本发明中加热器的俯视图。

具体实施方式