单晶生长用的坩埚支柱的制作方法

1.本公开涉及晶体材料制备技术领域，具体地，涉及一种单晶生长用的坩埚支柱。


背景技术：

2.泡生法制蓝宝石一般采用钨坩埚，其坩埚底部与钨托盘接触，钨托盘由支柱支撑。此坩埚支柱的主要作用是支撑起坩埚和锅内原料的重量，次要作用是具有导热功能，可以将坩埚底部的热量通过热传导和热辐射至炉底，炉底通有冷却循环水，通过循环水带走热量。泡生法长晶炉在设计和热场模拟时，均有考虑到支柱的传热效应，由此在坩埚底部产生中间温度低，侧面温度高的径向温度梯度。
3.随着实际生产中长晶炉的使用频次增加，其保温材料会缓慢的发生形变，导致其实际温度梯度偏移设计值。梯度变化后，会影响长晶工艺，导致结晶速率与理论设计值偏差，特别是在晶体生长收尾阶段，会出现团状气泡，严重影响产品质量。


技术实现要素：

4.本公开的目的是提供一种单晶生长用的坩埚支柱，该单晶生长用的坩埚支柱可以调整导热率以调整单晶生长时的温度梯度。
5.为了实现上述目的，本公开提供一种单晶生长用的坩埚支柱，包括：支柱本体，内部中心设有沿其轴向延伸且顶部开口的中空腔；和填充物，中心设有供拆卸工具穿过的通孔，所述填充物设有多种，多种所述填充物可选择地放置在所述中空腔内以调整所述坩埚支柱的导热率，所述填充物构造为块状，所述填充物的外径与所述中空腔的内径对应以叠加放置在所述中空腔内。
6.可选地，所述填充物包括导热填充物和保温填充物，所述中空腔内可选择地放置二者中的一者或两者。
7.可选地，所述导热填充物及所述支柱本体均由导热材料制成，所述导热材料为钨、钼、石墨、铱或铼。
8.可选地，所述保温填充物由保温材料制成，所述保温材料为氧化铝、氧化锆或莫来石。
9.可选地，所述坩埚支柱还包括底座，所述支柱本体设置在所述底座上。
10.可选地，所述支柱本体构造为圆柱状，所述中空腔构造为圆柱状。
11.可选地，所述支柱本体的直径为80mm～110mm，所述中空腔的内径为40mm～55mm，所述中空腔的内径尺寸为负公差，该负公差为0mm～-1mm。
12.可选地，所述坩埚支柱为泡生法制蓝宝石用的坩埚支柱。
13.通过上述技术方案，本公开设有支柱本体和多种填充物，支柱本体内设有中空腔，多种所述填充物可选择地放置在所述中空腔内以调整所述坩埚支柱的导热率，填充物上设有通孔方便拆卸，填充物为块状，以叠加放置在中空腔内用于根据需要调整填充物的数量，通过调整坩埚支柱的导热率可以对单晶生长时的温度梯度进行调整，也就是调整长晶炉内
坩埚的温度梯度，避免因长晶炉内保温材料变形导致的晶体质量问题，提升晶体产能和良率。
14.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
15.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
16.图1是本公开所述的单晶生长用的坩埚支柱的剖面图；
17.图2是本公开所述的填充物的俯视图；
18.图3是本公开所述的单晶生长用的坩埚支柱的俯视图。
19.附图标记说明
20.1、支柱本体；2、中空腔；3、填充物；31、导热填充物；32、保温填充物；4、底座；5、通孔。
具体实施方式
21.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
22.在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、底、顶”通常是指相应部件在重力方向的上、下、底、顶，“内、外”是指相对于部件或结构本身轮廓的内、外。此外，需要说明的是，所使用的术语如“第一、第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。另外，在参考附图的描述中，不同附图中的同一标记表示相同的要素。
23.单晶生长需要控制温度，温度梯度会影响长晶工艺，以往的实施方式中，通过长晶炉控制单晶生长的温度梯度，随着实际生产中长晶炉的使用频次增加，其保温材料会缓慢的发生形变，导致其实际温度梯度偏移设计值，温度梯度变化后，会导致结晶速率与理论设计值偏差，特别是在晶体生长收尾阶段，会出现团状气泡，严重影响产品质量，此时若想避免温度梯度变化只能更换长晶炉，但是更换长晶炉的成本较大，发明人发现通过调整坩埚支柱的导热率可以调整坩埚的温度梯度，也就是对蓝宝石晶体生长时的温度梯度进行调整，避免因热场变形导致的晶体质量问题，提升晶体产能和良率，而以往实施方式中的坩埚支柱为实心或中空，其材质固定，导热效率固定，不能调整导热率，故提出本公开。
24.如图1-3所示，本公开提供一种单晶生长用的坩埚支柱，包括：包括：支柱本体1，内部中心设有沿其轴向延伸且顶部开口的中空腔2；和填充物3，中心设有供拆卸工具穿过的通孔5，拆卸工具插入通孔5内将填充物3提起或放下来移动填充物3，由于填充物3的外壁与中空腔2的内壁贴合，故只能通过中心设置的通孔5移动，例如拆卸工具可以为夹子，夹子伸入通孔5内，张开的两端抵触在通孔5内壁上将填充物3提起，放下时，只需将夹子重新闭合即可；填充物3设有多种，多种填充物3可选择地放置在中空腔2内以调整坩埚支柱的导热率，填充物3构造为块状，填充物3的外径与所述中空腔2的内径对应以叠加放置在中空腔2内，可根据需要调整填充物3的数量，也就是中空腔2内可放置多块填充物3，通过增加或减少填充物3的数量来微调坩埚支柱的导热率。在其他的实施方式中，填充物3还可以构造为
竖向的片状或杆状结构，通过横向叠加来调整坩埚支柱的导热率。
25.通过上述技术方案，本公开设有支柱本体1和多种填充物3，支柱本体1内设有中空腔2，多种填充物3可选择地放置在中空腔2内以调整坩埚支柱的导热率，通过调整坩埚支柱的导热率可以对单晶生长时的温度梯度进行调整，也就是调整长晶炉内坩埚的温度梯度，避免因长晶炉内保温材料变形导致的晶体质量问题，提升晶体产能和良率；在中空腔2内放置不同的填充物3，使支柱本体1侧壁的导热率与中间的导热率不同，从而调整坩埚底部径向温度梯度，由于坩埚支柱总体的导热率变化，导致长晶炉内坩埚的轴向温度梯度也发生变化，从而调整坩埚整体的温度梯度。
26.作为一种可选的实施方式，如图1-3所示，填充物3包括导热填充物31和保温填充物32，中空腔2内可选择地放置二者中的一者或两者，在需要增加坩埚的底部导热时，在中空腔2内放置导热填充物31；在需要减小坩埚的底部导热时，在中空腔2内放置保温填充物32，以此来调整坩埚支柱的导热率，也可以同时放置两种填充物3，以达到只放置一种填充物3达不到的效果，例如只放置导热填充物31时导热率过大，此时就可以同时放置保温填充物32进行中和，降低导热率。
27.可选地，导热填充物31及支柱本体1均由导热材料制成，导热材料为钨、钼、石墨、铱或铼，导热材料在耐高温的同时导热率较高，用于增加坩埚支柱的导热率。
28.可选地，保温填充物32由保温材料制成，保温材料为氧化铝、氧化锆或莫来石，保温材料的导热率较低，用于减小坩埚支柱的导热率，同时起到保温的作用。
29.作为一种可选的实施方式，如图1或图3所示，坩埚支柱还包括底座4，支柱本体1设置在底座4上，增加支柱本体1的稳定性，例如底座4可以为耐高温导热材料制成。
30.作为一种可选的实施方式，如图1-3所示，支柱本体1可以构造为任意形状，示例性地，本公开的支柱本体1构造为圆柱状，中空腔2构造为圆柱状，圆柱状受力均匀，可以增加支撑力，同时圆柱形导热更加均匀。
31.可选地，支柱本体1的直径为80mm～110mm，中空腔2的内径为40mm～55mm，中空腔2的内径尺寸为负公差，该负公差为0mm～-1mm，适用于生产尺寸较大的晶体。
32.作为一种可选的实施方式，坩埚支柱为泡生法制蓝宝石用的坩埚支柱。泡生法的原理为：首先原料熔融，再将一根受冷的籽晶与熔体接触，如果界面的温度低于凝固点，则籽晶开始生长，为了使晶体不断长大，就需要逐渐降低熔体的温度，同时旋转晶体，以改善熔体的温度分布；利用温度控制生长晶体，生长时只拉出晶体头部，晶体部分依靠温度变化来生长，而拉出颈部的同时，调整加热电压以使得熔融的原料达到最合适的生长温度范围。
33.在实际使用时，在支柱本体1的中空腔2内放置合适数量的填充物3以将坩埚支柱调整至合适的导热率，将坩埚置于其上，将坩埚放置在长晶炉内进行单晶生长。
34.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
35.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
36.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本
公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。