一種溫場移動制備藍寶石單晶體的方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及藍寶石晶體制備技術領域，具體的說是一種溫場移動制備藍寶石單晶體的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]藍寶石α-Α1203單晶體具有優(yōu)良的光學、力學、熱學、介電、耐腐蝕等性能，在可見和紅外波段具有較高的透光率以及較寬的透過帶，與眾多其他光學窗口材料相比，有更加穩(wěn)定的化學性能和熱力學性能，如抗酸堿腐蝕，耐高溫，高硬度、高拉伸強度、高熱導率和顯著的抗熱沖擊性。上述性質使得藍寶石材料被廣泛應用于寬禁帶半導體材料如氮化鎵的襯底、飛秒激光器基質材料、軍事紅外窗口、航空航天中波透紅外窗口材料等方面，涉及到科學技術、國防與民用工業(yè)等諸多領域。
[0003]目前，生長大尺寸藍寶石單晶體的方法有泡生法、導模法、熱交換法、水平區(qū)熔法等。這些方法中或采用單晶提拉移動或采用坩禍帶著原料和晶體一起移動，沒有發(fā)熱體移動而坩禍不動的藍寶石生長設備，且所有的生長藍寶石的設備都是通過輸入功率間接調控藍寶石晶體生長界面溫度，無法做到精確及時調控藍寶石晶體生長界面溫度，從而影響藍寶石生長的速度和質量。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述現有技術中藍寶石生產工藝存在的晶體生長溫度無法精確調控導致的晶體生長緩慢、質量差等問題，本發(fā)明提供一種溫場移動制備藍寶石單晶體的方法及裝置。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為:
一種溫場移動制備藍寶石單晶體的方法，采用電阻式發(fā)熱體在坩禍外部設置不同溫區(qū)的溫場，溫場分為結晶區(qū)和熔融區(qū)兩個溫場或者結晶區(qū)、熔融區(qū)和預熱區(qū)三個溫場，每個溫場獨立加熱、獨立控溫、獨立在控制面板上顯示溫度，通過溫場移動，始終保持晶體生長的界面和發(fā)熱體形成的溫場相對位置不變，通過控制溫場的溫度使溫場溫度符合晶體生長的最佳溫度范圍；
該制備方法的具體操作步驟為:裝料一關丨? 一抽真空一加熱一調節(jié)各溫區(qū)溫度一原料恪化一接種一啟動溫場移動機構一溫場整體緩慢向下移動一晶體生長一晶體生長結束一降溫一打開爐門一取出晶體，整個結晶過程，通過調節(jié)不同溫區(qū)溫度變化，實現晶體的快速高質量生長；
所述的溫場移動方向適應于立式坩禍的上下移動，也可用于水平坩禍的左右移動；
所述發(fā)熱體為鎢發(fā)熱體、鉬發(fā)熱體、石墨發(fā)熱體或二硼化鋯復合陶瓷發(fā)熱體；
一種用于如上所述的溫場移動制備藍寶石單晶體的裝置，該裝置包括溫場移動機構、坩禍固定機構及頂端開口的坩禍，所述溫場移動機構設置在坩禍外部，坩禍固定機構穿過溫場移動機構設置在坩禍的頂端；所述溫場移動機構設有多根長條狀發(fā)熱體、溫區(qū)分隔板、爐膛保溫層、溫場移動絲杠、絲杠連接桿、頂桿、電機及電機臂，所述發(fā)熱體對稱設置在坩禍的兩側，且在坩禍外部自上向下形成低溫結晶區(qū)和高溫熔融區(qū)，發(fā)熱體端部均固定設置在爐膛保溫層內壁上，溫區(qū)分隔板設置在高溫熔融區(qū)和低溫結晶區(qū)之間，溫場移動絲杠對稱且平行設置在爐膛保溫層的兩側，且一端固定設置在爐膛保溫層底部的電機臂上，另一端穿過絲杠連接桿，絲杠連接桿垂直固定在爐膛保溫層的外壁上，頂桿的一端設置在坩禍的底部，另一端穿過爐膛保溫層與電機垂直連接；所述坩禍固定機構由水平吊桿、豎直吊桿及籽晶吊桿組成，豎直吊桿一端與坩禍頂端固定連接，另一端穿過爐膛保溫層與水平吊桿固定連接，籽晶吊桿設置在豎直吊桿內，且籽晶吊桿的底部設置在坩禍的頂端，籽晶吊桿的頂部與水平吊桿固定連接；
所述發(fā)熱體水平設置在坩禍的兩側；
所述溫區(qū)分隔板呈環(huán)形，其環(huán)形外壁與爐膛保溫層內壁固定連接，環(huán)形內壁與坩禍間隙配合；
所述籽晶吊桿的底部設置在坩禍頂端的中心。
[0006]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明提供的溫場移動制備藍寶石單晶體的方法，采用電阻式發(fā)熱體在坩禍外部設置不同溫區(qū)的溫場，溫場分為結晶區(qū)和熔融區(qū)兩個溫場或者結晶區(qū)、熔融區(qū)和預熱區(qū)三個溫場，每個溫場獨立加熱、獨立控溫、獨立在控制面板上顯示溫度，通過溫場移動，始終保持晶體生長的界面和發(fā)熱體形成的溫場相對位置不變，通過控制溫場的溫度使溫場溫度符合晶體生長的最佳溫度范圍，可以制備大尺寸片狀藍寶石單晶體，且藍寶石單晶體的生長周期短、成品率高、晶體利用率高、生產成本低，制備的大片狀藍寶石單晶體能夠滿足一些大尺寸特殊光學窗口的要求；本發(fā)明通過采用精確控發(fā)熱體產生的溫度梯度和溫場向一個方向不斷移動的方法，具有溫場的溫度梯度不受其他因素影響、能夠精確的控溫滿足晶體不斷生長需要的特點，使得制備的藍寶石單晶體結晶速度快、生長周期短、成品率高、產品成本低；
本發(fā)明提供的溫場移動制備藍寶石單晶體的裝置，通過設置溫場移動機構及坩禍固定機構，實現坩禍固定，溫場移動，從而始終保持晶體生長的界面和發(fā)熱體形成的溫場相對位置不變，通過控制溫場的溫度使溫場溫度符合晶體生長的最佳溫度范圍；本裝置結構簡單，方便實用。
【附圖說明】
[0007]圖1本發(fā)明結構示意圖；
圖2本發(fā)明溫場移動示意圖；
附圖標記:1、水平吊桿，2、豎直吊桿，3、籽晶吊桿，4、爐膛保溫層，5、發(fā)熱體，6、籽晶，7、藍寶石晶體，8、溫區(qū)分隔板，9、坩禍，10、氧化鋁熔體，11、頂桿，12、電機，13、電機臂，14、溫場移動絲杠，15、絲杠連接桿。
【具體實施方式】
[0008]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步的闡述。
[0009]一種溫場移動制備藍寶石單晶體的方法，采用電阻式發(fā)熱體在坩禍外部設置不同溫區(qū)的溫場，溫場分為結晶區(qū)和熔融區(qū)兩個溫場或者結晶區(qū)、熔融區(qū)和預熱區(qū)三個溫場，每個溫場獨立加熱、獨立控溫、獨立在控制面板上顯示溫度，通過溫場移動，始終保持晶體生長的界面和發(fā)熱體形成的溫場相對位置不變，通過控制溫場的溫度使溫場溫度符合晶體生長的最佳溫度范圍；
本發(fā)明采用電阻式發(fā)熱體設置不同溫區(qū)的溫場，發(fā)熱體可以是鎢發(fā)熱體、鉬發(fā)熱體、石墨發(fā)熱體、二硼化鋯復合陶瓷發(fā)熱體當中的一種，所述的溫場移動方向適應于立式坩禍的上下移動，也可用于水平坩禍的左右移動。溫場分為結晶區(qū)、熔融區(qū)，兩個溫場獨立加熱、獨立控溫、獨立在面板上顯示溫度，通過控制兩個溫場的溫度使其符合晶體生長的最佳溫度范圍，通過緩慢的移動發(fā)熱體，始終保持晶體生長的界面和發(fā)熱體形成的溫場相對位置不變。藍寶石單晶體制備過程中坩禍不動，在溫場的緩慢移動下，晶體不斷長大。具體的制備藍寶石單晶體的操作方法為:裝料一關門一抽真空一通惰性氣體一加熱一調節(jié)各溫區(qū)溫度一原料恪化一接種一啟動溫場移動機構一溫場整體緩慢向下移動一晶體生長一晶體生長結束一降溫一打開爐門一取出晶體，整個結晶過程，通過調節(jié)不同溫區(qū)溫度變化，實現晶體的快速高質量生長。
[0010]如圖所示:一種用于如上所述的溫場移動制備藍寶石單晶體的裝置，該裝置包括溫場移動機構、坩禍固定機構及頂端開口的坩禍9，所述