本文關鍵詞：泡生法大尺寸藍寶石單晶生長研究

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【摘要】：由于藍寶石晶體(α-Al2O3)優(yōu)異的物理、化學性能,使其成為LED襯底、高端手表、智能手表和可穿戴電子產(chǎn)品屏幕的首選材料。隨著LED和消費性電子市場的快速發(fā)展,對大尺寸、高質量的藍寶石晶體的需求越來越迫切。因此,開展對大尺寸、高質量的藍寶石晶體生長工藝的研究具有重大的實際應用價值。本論文研究了泡生法藍寶石晶體生長工藝,對藍寶石單晶進行了表征。實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)目前采用60kg級單晶爐生長的晶體存在四個問題:開裂率高;晶體肩部、底部和中心存在氣泡;晶體下部回熔多;晶體徑向尺寸偏小。我們實驗發(fā)現(xiàn)采取以下兩個措施可有效解決60kg晶體下部回熔和底部云霧狀氣泡問題:(1)將加熱體5、6號橫桿下移至7號橫桿位;(2)加大等徑中后期晶體增長速率,減小晶體收尾階段增長量。通過藍寶石單晶模擬軟件CGSim對60kg溫場建模,分析了其容易開裂,肩部氣泡,中心束狀延伸氣泡問題的原因:(1)60kg溫場生長的晶體在放肩階段生長角度過小,且形狀不規(guī)則,不利于熔體中氣泡排出;(2)放肩階段熔體流動混亂,產(chǎn)生了三個漩渦,使熔體中氣泡不易排出,固液結晶面溫度不穩(wěn)定,導致晶體開裂�；趯ΜF(xiàn)有問題和市場發(fā)展趨勢分析,確定了增大晶體尺寸的溫場優(yōu)化方向。針對以上問題我們更新設計了溫場,相對于60kg溫場,其溫場徑向尺寸增加40mm;放肩階段固液界面所形成的生長角度為45°,熔體中心氣泡易于排出;放肩階段,熔體流動規(guī)則,有利于固液界面穩(wěn)定。使用紅外測溫儀和鉑銠絲熱電偶在退火過程中對晶體進行測溫,發(fā)現(xiàn)泡生法生長晶體降溫規(guī)律,是一個前期慢,中后期逐漸變快,后期極快的過程。針對泡生法生長晶體降溫特點,結合藍寶石特性,提出三段式退火程序。有效解決了晶體應力大、易開裂等問題,縮短了晶體生長周期。正在搭建引晶觀測系統(tǒng),該系統(tǒng)可使引晶臺階得以量化分析,保證引晶質量,同時降低產(chǎn)業(yè)界對引晶工藝人員的依賴,簡化泡生法生長晶體操作。
【關鍵詞】：晶體學 藍寶石晶體 泡生法 晶體生長
【學位授予單位】：深圳大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O782
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 藍寶石晶體性質10-12
• 1.2 藍寶石晶體應用及前景12-14
• 1.2.1 LED和SOS中襯底材料12
• 1.2.2 電腦手機等可穿戴電子設備屏幕12-13
• 1.2.3 其他應用13-14
• 1.3 藍寶石晶體生長方法簡介14-18
• 1.3.1 維爾納葉14-15
• 1.3.2 熱交換法15-16
• 1.3.3 導模法16
• 1.3.4 直拉法16-17
• 1.3.5 泡生法17-18
• 第2章 晶體缺陷及檢測18-21
• 2.1 開裂18-19
• 2.2 包裹物19
• 2.3 晶界19-20
• 2.4 位錯20-21
• 第3章 晶體生長實驗21-29
• 3.1 實驗設備、材料21-23
• 3.1.1 水電氣真空等環(huán)境形成21
• 3.1.2 提拉、旋轉和稱重等系統(tǒng)21-23
• 3.1.3 溫場23
• 3.2 實驗23-29
• 3.2.1 清潔與裝配23-24
• 3.2.2 裝料24
• 3.2.3 開啟冷卻水和真空系統(tǒng)24-25
• 3.2.4 升溫25
• 3.2.5 引晶25-27
• 3.2.6 放肩、等徑27
• 3.2.7 收尾27-28
• 3.2.8 退火28-29
• 第4章 60kg級藍寶石單晶29-37
• 4.1 晶體加工與檢測29-31
• 4.1.1 初步加工29-30
• 4.1.2 結果30-31
• 4.2 主要問題31-34
• 4.2.1 開裂31-32
• 4.2.2 氣泡32-33
• 4.2.3 下部回熔33
• 4.2.4 尺寸偏小33-34
• 4.3 解決方案34-37
• 第5章 晶體生長模擬37-45
• 5.1 泡生法晶體生長的數(shù)學物理模型37-39
• 5.2 CGSim簡介39
• 5.3 模擬結果分析39-42
• 5.3.1 晶體固液面分析40
• 5.3.2 熔體流動分析40-42
• 5.4 實驗結果42-45
• 5.4.1 晶體加工42
• 5.4.2 性能檢測42-45
• 第6章 退火研究45-49
• 6.1 紅外測溫45-46
• 6.2 熱電偶測溫46-49
• 第7章 結論與正在進行的工作49-53
• 7.1 結論49-50
• 7.2 正在進行的工作50-53
• 7.2.1 CMOS工業(yè)相機51-52
• 7.2.2 鏡頭52
• 7.2.3 實驗52-53
• 參考文獻53-55
• 致謝55-56
• 攻讀碩士期間的研究成果56

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本文編號：930945