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第1章 蓝宝石生长方法概述1

1.1 大尺寸蓝宝石单晶生长的主要方法1

1.1.1 提拉法1

1.1.2 导模法2

1.1.3 热交换法3

1.1.4 坩埚下降法4

1.1.5 水平定向生长法4

1.1.6 泡生法5

1.2 蓝宝石单晶主要生长技术优缺点及应用比较6

第2章 蓝宝石单晶泡生法生长技术8

2.1 泡生法的基本原理8

2.2 泡生法生长蓝宝石单晶的典型工艺8

2.3 典型的泡生法生长蓝宝石单晶炉系统构成9

2.4 泡生法蓝宝石单晶的生长与加工工艺流程10

第3章 泡生法生长蓝宝石所需真空的获得与保持12

3.1 泡生法常用真空系统12

3.1.1 泡生法长晶过程中以分子泵为主泵的真空系统12

3.1.2 泡生法长晶过程中以油扩散泵为主泵的真空系统13

3.2 分子泵的构造及工作原理14

3.2.1 分子泵的优点16

3.2.2 常规复合分子泵的缺点17

3.2.3 一种新型抗大气冲击分子泵的介绍17

3.2.4 分子泵系统常见故障及解决方案18

3.3 油扩散泵的构造及工作原理19

3.3.1 油扩散泵的优点19

3.3.2 油扩散泵的缺点20

3.3.3 油扩散泵系统常见故障及解决方案20

3.4 旋片式真空泵的工作原理21

3.5 真空腔室常用焊接方案及注意事项22

3.5.1 真空腔室材料的选择23

3.5.2 焊接方法及规范23

3.5.3 焊材的选择及焊缝的形式24

3.5.4 导电电极25

3.6 单晶炉系统常见的真空问题及相应解决方案26

3.6.1 扩散泵返油问题26

3.6.2 单晶炉系统真空度低的原因及解决方案26

3.7 抽气时间计算27

第4章 泡生法热场材料与设计技术29

4.1 泡生法生长蓝宝石热场的构成29

4.1.1 钨钼热场的结构和特点29

4.1.2 氧化锆热场的特点32

4.2 泡生法生长蓝宝石的温度梯度33

4.2.1 温度梯度的概念33

4.2.2 部分热场部件对晶体生长的影响33

4.3 泡生法蓝宝石生长系统的温场34

4.3.1 温场结构34

4.3.2 温场分布35

4.3.3 温场设计的原则36

4.3.4 温场的两种典型结构36

4.4 冷却循环水40

4.4.1 循环水的设计和控制41

4.4.2 籽晶杆循环水41

4.5 热场材料41

4.5.1 坩埚42

4.5.2 发热体44

4.5.3 保温屏45

4.6 国内外典型热场的主要优缺点46

4.6.1 乌克兰热场46

4.6.2 企业热场一48

4.6.3 企业热场二49

4.6.4 俄罗斯某企业氧化锆热场51

4.7 热场设计方向的建议52

第5章 泡生法蓝宝石的原料与籽晶54

5.1 原料54

5.1.1 原料的生产方法54

5.1.2 原料的使用要求57

5.2 籽晶的选择和使用注意事项60

5.2.1 籽晶的选用60

5.2.2 引晶时对籽晶的使用61

第6章 泡生法蓝宝石单晶生长工艺技术65

6.1 晶体炉的检测65

6.2 泡生法生长蓝宝石单晶化料65

6.3 泡生法生长蓝宝石的引晶66

6.3.1 引晶温度和晶结66

6.3.2 泡生法的旋转引晶67

6.3.3 籽晶杆的水流量对引晶的影响67

6.4 引晶工艺种类68

6.5 冷心和浮岛69

6.6 泡生法蓝宝石单晶的生长70

6.6.1 蓝宝石单晶生长各阶段的主要结晶动力70

6.6.2 放肩71

6.6.3 等径72

6.6.4 收尾脱埚72

6.6.5 退火73

6.6.6 自然冷却73

6.7 拉速控制74

6.8 惰性气体的充填75

6.9 蓝宝石单晶底部的黄色杂质75

6.10 蓝宝石单晶生长环境的要求76

6.11 停电应急处理及单晶炉其他操作处理76

6.11.1 停电应急处理76

6.11.2 其他操作处理76

第7章 泡生法蓝宝石单晶的品质分析80

7.1 泡生法蓝宝石单晶中的应力分析80

7.1.1 应力的概念80

7.1.2 单晶中应力的分类80

7.1.3 泡生法蓝宝石单晶中应力的危害81

7.1.4 泡生法蓝宝石单晶的应力检测81

7.1.5 应力的消除技术方案82

7.2 泡生法蓝宝石单晶的气泡分析86

7.2.1 单晶中气泡产生的原因86

7.2.2 典型气泡成因分析86

7.2.3 泡生法蓝宝石单晶中气泡的检测方法和存在形式87

7.2.4 消除泡生法蓝宝石单晶中气泡的方案88

7.3 泡生法蓝宝石单晶中的散射颗粒分析89

7.3.1 泡生法蓝宝石单晶中的散射颗粒及其产生的原因89

7.3.2 消除泡生法蓝宝石单晶中散射颗粒的技术方案90

7.4 泡生法蓝宝石单晶中的晶界分析90

7.4.1 单晶中晶界产生的原因91

7.4.2 晶界的检测方法和存在形式93

7.4.3 消除泡生法蓝宝石单晶中晶界的技术方案98

7.5 泡生法蓝宝石单晶中的位错分析98

7.5.1 单晶中位错产生的原因和种类98

7.5.2 位错的检测方法98

7.5.3 降低位错的技术方案100

7.6 泡生法蓝宝石单晶的其他品质问题分析100

7.6.1 单晶无晶向的原因100

7.6.2 LED衬底对泡生法蓝宝石单晶的要求101

7.6.3 窗口对泡生法蓝宝石单晶的要求101

第8章 泡生法蓝宝石单晶炉的电气系统与控制102

8.1 泡生法生长蓝宝石电源系统主要技术指标102

8.2 蓝宝石长晶厂供电方式103

8.3 泡生法生长蓝宝石电源系统方案104

8.3.1 普通电力变压器配置电源柜104

8.3.2 普通电力变压器配置电源柜及外挂APF106

8.3.3 普通电力变压器配置PWM整流柜及电源柜107

8.3.4 移相变压器配置直流配电柜及电源柜109

8.3.5 提升供配电系统性能的其他方法111

8.4 泡生法蓝宝石单晶生长过程控制的特点111

8.5 泡生法蓝宝石单晶生长控制系统组成112

8.5.1 温度控制系统112

8.5.2 抽真空系统及检测系统113

8.5.3 水冷却系统113

8.5.4 籽晶杆运动系统113

8.5.5 称重系统114

8.5.6 测温系统115

8.5.7 机器视觉系统115

8.6 控制系统硬件选型115

8.7 控制系统软件的选择116

第9章 展望118

参考文献122