溫場豎直方向梯度移動法制備片狀單晶的方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及單晶體制備技術領域，具體的說是一種溫場豎直方向梯度移動法制備片狀單晶的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]藍寶石α-Α1203單晶體具有優良的光學、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、水平區熔法等。這些方法和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，本發明提供一種溫場豎直方向梯度移動法制備片狀單晶的方法及裝置。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為:
一種溫場豎直方向梯度移動法制備片狀單晶的方法，采用電阻式發熱體水平布置在頂端開口且底部設有籽晶固定槽的扁平狀坩禍的兩側，通過分隔板把爐膛沿豎直方向分割成多個相對獨立的溫區，每個溫區獨立加熱、獨立測溫、獨立控制，通過不同溫區的溫度或加熱功率的控制實現爐膛在豎直方向上呈溫度或功率梯度變化，在坩禍、發熱體、晶體固定不動的情況下，通過對不同溫區的溫度控制及溫場梯度的不斷移動或加熱功率控制及功率梯度的不斷移動，滿足晶體長晶界面不斷移動調整為所需要的溫度梯度，通過多溫區聯動控溫實現原料自動加熱、自動接種和放肩、自動長晶；
所述坩禍的寬度為10~200mm，長度為50~1000mm，高度為100~2000mm ；
所述發熱體為鎢發熱體、鉬發熱體、石墨發熱體或二硼化鋯復合陶瓷發熱體；
所述的由發熱體布置形成的溫場上部溫度高，下部溫度低；
所述的片狀單晶制備流程為:裝料一關門一抽真空一加熱一原料熔化一溫場梯度或功率梯度開始豎直移動一恪體界面向上移動一接種一放肩一晶體等速生長一晶體生長結束一溫場梯度或功率梯度繼續豎直移動使晶體溫度降至室溫一打開爐門一取出晶體，整個長晶過程，在坩禍、發熱體、晶體不動的情況下，通過對不同溫區的溫場梯度或功率梯度的不斷移動，實現單晶制備；
一種用于如上所述的溫場豎直方向梯度移動法制備片狀單晶的裝置，該裝置包括坩禍、多個發熱體、多個溫區分隔板、隔熱屏、爐膛保溫層和坩禍吊架，所述爐膛保溫層頂端開口，隔熱屏與爐膛保溫層的頂端可拆卸連接且可形成封閉的空間，所述坩禍豎直設置在隔熱屏與爐膛保溫層形成的封閉空間內，坩禍呈扁平狀且頂端開口，其底部設有籽晶固定槽，所述發熱體呈長條狀，且與坩禍長度方向平行的設置在坩禍的兩側，發熱體端部固定設置在爐膛保溫層上，所述溫區分隔板呈環形，其環形外壁與爐膛保溫層內壁固定連接，環形內壁與坩禍間隙配合，所述溫區分隔板間隔設置在多個發熱體之間，所述坩禍吊架的一端穿過隔熱屏固定設置在坩禍的頂端；
所述坩禍的底部設有坩禍頂桿；
所述坩禍頂桿穿過爐膛保溫層與坩禍的底部固定連接；
所述坩禍由方形主體、三角尖端、籽晶固定槽及固定凸臺組成，固定凸臺設置在方形主體的頂端，三角尖端過度連接在方形主體和籽晶固定槽之間；
所述坩禍吊架通過固定凸臺掛設在坩禍的頂端。
[0006]本發明的有益效果:
本發明提供的溫場豎直方向梯度移動法制備片狀單晶的方法，可以制備大尺寸片狀單晶，且單晶體的生長周期短、成品率高、晶體利用率高、生產成本低，制備的片狀單晶能夠滿足一些大尺寸特殊窗口材料的要求。
[0007]本發明提供的溫場豎直方向梯度移動法制備片狀單晶的裝置，通過分隔板把爐膛沿豎直方向分割成多個相對獨立的溫區，每個溫區獨立加熱、獨立測溫、獨立控制，通過不同溫區的溫度或功率控制實現爐膛在豎直方向上呈現一定的溫度梯度或功率梯度，在坩禍、發熱體、晶體不動的情況下，通過對不同溫區的溫度控制及溫場梯度或功率控制及功率梯度的不斷移動，滿足晶體長晶界面不斷移動所需要的溫度梯度，通過多溫區聯動控溫實現原料自動加熱、自動接種和放肩、自動長晶，并實現長晶界面的模擬可圖示化。本裝置結構簡單，方便實用。
【附圖說明】
[0008]圖1本發明坩禍結構示意圖；
圖2本發明結構示意圖；
圖3本發明溫場豎直方向梯度移動長晶示意圖；
附圖標記:1、坩禍吊架，2、隔熱屏，3、發熱體，4、坩禍，5、氧化鋁熔體，6、溫區分隔板，7、單晶體，8、籽晶，9、爐膛保溫層，10、坩禍頂桿，401、方形主體，402、三角尖端，403、籽晶固定槽，404、固定凸臺。
【具體實施方式】
[0009]下面結合【具體實施方式】對本發明做進一步的闡述。
[0010]—種溫場豎直方向梯度移動法制備片狀單晶的方法，采用電阻式發熱體水平布置在頂端開口且底部設有籽晶固定槽的扁平狀坩禍的兩側，通過分隔板把爐膛沿豎直方向分割成多個相對獨立的溫區，每個溫區獨立加熱、獨立測溫、獨立控制，通過不同溫區的溫度或加熱功率的控制實現爐膛在豎直方向上呈溫度或功率梯度變化，在坩禍、發熱體、晶體固定不動的情況下，通過對不同溫區的溫度控制及溫場梯度的不斷移動或加熱功率控制及功率梯度的不斷移動，滿足晶體長晶界面不斷移動調整為所需要的溫度梯度，通過多溫區聯動控溫實現原料自動加熱、自動接種和放肩、自動長晶；所述坩禍的寬度為10~200_，長度為50~1000mm，高度為100~2000mm ;所述發熱體為媽發熱體、鉬發熱體、石墨發熱體或二硼化鋯復合陶瓷發熱體；所述的由發熱體布置形成的溫場上部溫度高，下部溫度低；所述的片狀單晶制備流程為:裝料一關門一抽真空一加熱一原料熔化一溫場梯度或功率梯度開始豎直移動一恪體界面向上移動一接種一放肩一晶體等速生長一晶體生長結束一溫場梯度或功率梯度繼續豎直移動使晶體溫度降至室溫一打開爐門一取出晶體，整個長晶過程，在坩禍、發熱體、晶體不動的情況下，通過對不同溫區的溫場梯度或功率梯度的不斷移動，實現單晶制備。
[0011]如圖所示:一種用于如上所述的溫場豎直方向梯度移動法制備片狀單晶的裝置，該裝置包括坩禍4、多個發熱體3、多個