一种单晶炉中的坩埚保温结构的制作方法

本申请涉及蓝宝石单晶生长技术领域，尤其涉及一种单晶炉中的坩埚保温结构。

背景技术：

蓝宝石(α-Al2O3)具有高硬度、高强度、耐腐蚀、高光透过率等特点，被广泛应用于众多行业。蓝宝石单晶生长方法较多，有提拉法、热交换法、导模法、坩埚下降法和泡生法等。目前，泡生法生长出的蓝宝石单晶体缺陷少、位错密度低、重量大、品质高，因此，泡生法得到了广泛的应用。

在泡生法蓝宝石单晶生长过程中，单晶炉内的热场结构决定了晶体生长的热量、质量传输条件和晶体生长环境，对晶体质量至关重要。中部保温结构作为蓝宝石热场体系结构中的基础部分，时刻影响着液面水平径向温差、纵向温差及长晶速率。如图1所示，目前现有的保温结构包括保温屏和坩埚盖板，保温屏设置于坩埚盖板上表面。该坩埚盖板的中部设有一通孔，该保温屏与该通孔对应的地方设有一个圆台状通孔，该圆台的上底面直径大于下底面直径。

然而，由于上述圆台状通孔上底面直径大于下底面直径，导致与该保温屏匹配的坩埚盖板开口较小。当单晶体生长结束之后，尤其当生长获得的单晶体尺寸较大时，在退火过程中，由于温度降低，坩埚因温度降低而收缩变形导致坩埚盖板下沉，开口较小的坩埚盖板易触碰晶体，使籽晶受力易断裂，从而会造成晶体开裂。

技术实现要素：

本申请提供了一种单晶炉中的坩埚保温结构，以解决现有的单晶炉保温结构开口小，容易在退火的过程中造成晶体断裂的问题。

一种单晶炉中的坩埚保温结构，包括保温屏和坩埚盖板，所述保温屏设置于所述坩埚盖板的上表面；

所述保温屏的中心设有一圆台状通孔，所述圆台状通孔的上底面直径小于所述圆台状通孔的下底面直径；

所述坩埚盖板的中心设有一圆柱状通孔，所述圆柱状通孔与所述圆台状通孔同轴；所述圆柱状通孔的直径与所述圆台状通孔的下底面直径相同。

可选的，所述保温屏包括多个层叠放置的保温板，每个所述保温板的中心设有一个圆孔，由下至上，所述保温板中心的圆孔逐渐减小。

可选的，每两个保温板之间设有多个支撑间隔，所述支撑间隔为U型。

可选的，所述圆台状通孔的上底面直径为80mm～100mm之间任一数值；所述圆台状通孔的下底面直径为120mm～150mm之间任一数值。

可选的，所述保温板的厚度为0.3mm～1mm之间任一数值。

可选的，所述支撑间隔的高度为3mm～5mm之间任一数值。

可选的，所述坩埚盖板的厚度为3mm-7mm之间任一数值。

可选的，所述保温板为钼板、钨板或者钨钼合金板。

可选的，所述坩埚盖板的材料为钨、钼或者钨钼合金。

本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：

在本申请提供的坩埚保温结构中，保温屏上的圆台状通孔下底面直径大于上底面直径，因此，与该保温屏匹配的坩埚盖板开口较大。该保温结构与坩埚之间形成了一个较大的内部空间。当单晶体生长结束之后，尤其当生长获得的单晶体尺寸较大时，在退火过程中，即使温度降低，坩埚因温度降低而收缩变形导致坩埚盖板下沉，开口较大的坩埚盖板也不易触碰到晶体，避免了籽晶易受力断裂，造成晶体开裂的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的单晶炉中部保温结构的示意图。

图2为本申请实施例提供的单晶炉中部保温结构的示意图。

图3为本申请实施例提供的保温屏的局部放大图。

附图标记说明：

1、坩埚盖板；2、保温屏；21、保温板；22、支撑间隔。

具体实施方式

实施例1：

请参阅图2，本申请实施例提供的一种单晶炉中的坩埚保温结构。所述保温结构包括保温屏2和坩埚盖板1，所述保温屏2设置于所述坩埚盖板1的上表面。所述保温屏2的中心设有一圆台状通孔，所述圆台状通孔的上底面直径小于所述圆台状通孔的下底面直径。所述坩埚盖板1的中心设有一圆柱状通孔，所述圆柱状通孔与所述圆台状通孔同轴；所述圆柱状通孔的直径与所述圆台状通孔的下底面直径相同。

在本申请提供的坩埚保温结构中，保温屏2上的圆台状通孔下底面直径大于上底面直径，相对于现有的坩埚保温结构，该坩埚盖板1开口(即圆柱状通孔的直径)较大。因此，该保温结构与坩埚之间形成了一个较大的内部空间。当单晶体生长结束之后，尤其当生长获得的单晶体尺寸较大时，在退火过程中，即使温度降低，坩埚因温度降低而收缩变形导致坩埚盖板1下沉，本申请提供的坩埚盖板1也不易触碰到晶体，避免了籽晶受力断裂，造成晶体开裂的问题。

另外，请参阅图1，现有的坩埚保温结构，由于坩埚盖板1的开口较小，坩埚内部的热量和保温结构之间的热辐射仅会产生一次反射，即热量辐射到坩埚盖板1的底部直接反射回来。而本申请提供的坩埚保温结构，坩埚内部的热量和保温结构之间的热辐射不仅会产生一次反射，还会产生二次反射。所述二次反射是指坩埚内部的热量辐射到保温屏2的圆台状通孔的内表面上，再进一步反射回来。

因此，在本申请实施例提供的坩埚保温结构由于热辐射一次反射和二次反射的共同作用，增强了单晶炉内的辐射传热，增加了熔体中心位置的温度梯度，能够对已生长出的晶体起到后热作用，降低晶体内的热应力，避免晶体开裂。

进一步地，由于正立的圆台状通孔有利于气体或热量向坩埚外部流动，因此，相比于现有技术，本申请实施例提供的坩埚保温结构更易将结晶潜热释放，易于形成微凸的晶体生长界面，排出熔体中的杂质和气体，减少散射颗粒和气泡的形成。

进一步地，相比于现有技术，本申请实施例提供的坩埚盖板1的开口较大，因而使得坩埚盖板1重量减小，从而减小了单晶生长过程中坩埚盖板1和/或坩埚的热态变形，延长坩埚盖板1和/或坩埚的使用寿命。

实施例2：

请参阅图2，本申请实施例提供的一种单晶炉中的坩埚保温结构。所述保温结构包括保温屏2和坩埚盖板1，所述保温屏2设置于所述坩埚盖板1的上表面。所述保温屏2的中心设有一圆台状通孔，所述圆台状通孔的上底面直径小于所述圆台状通孔的下底面直径。所述坩埚盖板1的中心设有一圆柱状通孔，所述圆柱状通孔与所述圆台状通孔同轴；所述圆柱状通孔的直径与所述圆台状通孔的下底面直径相同。

本实施例能够达到实施例1的全部有益效果。此外，与实施例1不同的是，本实施例还包括如下的内容：

所述保温屏2包括多个层叠放置的保温板21，每个保温板21的中心设有一个圆孔，由下至上，所述保温板21中心的圆孔逐渐减小。在不同的单晶生长工艺条件下，坩埚内的热环境可能有所不同，采用保温板21制备保温屏2，可以根据工艺条件的不同，灵活调整保温板21的层数。在本实施例中，所述保温板21的层数可以为7～14层之间任一数值，如8层，10层等。

可选的，每两个保温板21之间设有多个支撑间隔22，请参阅图3。在保温板21之间设置支撑间隔22能够增加保温板21之间的空隙。相对于金属，空气的导热性较差，因此，该空隙能够增加该保温结构的保温性能。

可选的，所述支撑间隔22为U型。U型的支撑间隔22结构简单，且整体强度较大，不易被上层的保温板21压弯。需要说明的，本申请提供的支撑间隔22并不局限于U型，也可以为U型的变形结构，如M型、W型、V型、S型等，本申请对此并不进行限制。

可选的，所述支撑间隔22的高度为3mm～5mm之间任一数值。当支撑间隔22的高度小于3mm时，保温屏2内的气体空间较小，保温效果不佳。当支撑间隔22的高度大于5mm时，多层保温板21构成的保温屏2厚度过高，导致使用不便。

可选的，在本实施例中，所述圆台状通孔的上底面直径为80mm～100mm之间任一数值，如80mm、90mm等；所述圆台状通孔的下底面直径为120mm～150mm之间任一数值，如120mm、135mm等。需要说明的是，由于所述圆柱状通孔的直径与所述圆台状通孔的下底面直径相同，所述圆柱状通孔的直径也为120mm～150mm之间任一数值，如120mm、135mm等。

可选的，在本实施例中，所述坩埚盖板1的厚度为3mm-7mm之间任一数值，如4mm、5mm、6mm等。坩埚盖板1厚度小于3mm时，坩埚盖板1在高温环境中易产生热变形；坩埚盖板1厚度大于3mm时，坩埚盖板1由于重量过大，容易将坩埚压变形。

可选的，在本实施例中，所述保温板21的厚度为0.3mm～1mm之间任一数值。保温板21的厚度小于0.3mm时，保温板21在高温环境中易产生热变形；当保温板21厚度大于1mm时，多层保温板21构成的保温屏2会由于重量过大，容易将坩埚压变形。

可选的，在本实施例中，所述坩埚盖板1的材料为钨、钼或者钨钼合金；所述保温板21也为钼板、钨板或者钨钼合金板。由于熔融的晶体温度通常较高，因此，保温结构也需要有较好的耐高温性能。而钼的熔点高达2610℃，钨的熔点高3380℃，因此，钨、钼或者钨钼合金制成的坩埚盖板1和保温屏2耐高温性能优异。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。