王軍+孫曙光

摘 要：藍寶石晶體由于其優(yōu)異的物化性能被廣泛應用于電子及光電子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。目前生長大尺寸藍寶石單晶方法主要是泡生法。該文以江蘇能建機電實業(yè)集團有限公司自主開發(fā)研制的生長爐為平臺，對藍寶石生長過程中重量周期性變化進行分析，得出在抽過真空的狀況下，由于波峰管產(chǎn)生了拉力，藍寶石重量會周期性變化。通過這一分析，有助于我們在以后的研發(fā)生產(chǎn)過程中，更好控制生長爐的質(zhì)量和效率，從而增加藍寶石生長的可控性。

關(guān)鍵詞：藍寶石 重量 周期性變化

中圖分類號：TQ164 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（c）-0047-02

藍寶石晶體具有優(yōu)異的物化性能，是微電子及光電子產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)材料，廣泛應用于半導體照明、微電子、光電子、激光、精密機械和航天航空等眾多領(lǐng)域。泡生法是目前生長大尺寸藍寶石單晶的成熟方法，江蘇能建機電實業(yè)集團有限公司自主開發(fā)研制的生長爐廣泛用于藍寶石的生長，公司累計銷售生長爐上千臺，培養(yǎng)了大批的看爐操作工、引晶工。

一直以來，我們看爐操作人員都有一種感覺，經(jīng)常在某段時間內(nèi)生長特別快，而又在某段時間內(nèi)生長特別慢，這種現(xiàn)象在剛接完種開始生長的初始階段尤其明顯，因為本身重量就很小，輕微的重量變化都能引起操作人員的心理反應，甚至造成恐慌，不知所措。

某現(xiàn)場再次進入成批生長階段，前天順利接種兩臺，晚上操作的人員反應11點以后化了，早上4點多開始瘋長，化了的又長回來了，昨天又順利接種兩臺，今天早上再次聽到反應晚上11點左右開始不長，重量減小，懷疑化了，然后4點左右又開始重新生長。

以13#爐為例，下載電源和控制軟件的歷史數(shù)據(jù)、生產(chǎn)趨勢圖，進行分析。

先看重量曲線：如圖1所示，26號晚上7點到8點23分，重量平穩(wěn)增加，生長正常。9點19到11：40小幅下降，12點開始到27號2點大幅下降，下降約30 g左右。2點40開始小幅回升，4點50左右開始大幅增加。

我們再看圖2水溫變化：升溫明顯，隨著時間的變化，從26號晚上的22.3 ℃到到27號早上的24.8 ℃左右。線性良好，沒有回頭。

水溫一直在升高，主要是由于爐子開多了，同時環(huán)境溫度也有所上升，水溫自然會升高，如果是水溫的影響，寶石應該隨著水溫往一個方向發(fā)展，現(xiàn)在是出現(xiàn)兩個截然不同的方向，所以水溫可以排除。

那么我們再看功率變化和給定變化趨勢圖。

如圖3所示，整個過程中功率也一直在下降，在寶石重量下降階段沒有增大的痕跡。

同時功率變化是隨著歐陸表的給定而變化的，如圖4曲線可以看出：PV的輸出跟功率變化，基本吻合，功率隨PV的變化而變化。

觀察功率變化曲線跟重量變化曲線，幾乎不太吻合，所以影響重量變化的可能也不是功率變化，既然不是功率變化，那么電網(wǎng)的影響也可以排除。

于是懷疑重量變化很可能是一個虛值，是外界的影響造成的數(shù)據(jù)變化，旁邊有一臺14號爐，昨天升溫，今天化料，還沒有接種，于是下載14號的數(shù)據(jù)，看看重量是如何變化，如圖5所示。

我們發(fā)現(xiàn)14#爐，沒有接種，還沒有寶石生長的，重量也是在變化的，而且最大變化在60 g以上，比對13#，14#的重量變化，增加、減小時間節(jié)點基本吻合，14#的數(shù)據(jù)變化減小時的比13#變化小，增大時，變化比13#大，這說明寶石其實是在生長中，寶石的重量變化，造成它們之間變化不一致。

14#是已經(jīng)抽真空升溫的，那么只抽真空，沒有升溫的呢？恰好，有一臺12#是昨天晚上檢驗真空的，沒有升溫。我們看看它的重量曲線，如圖6所示。不難看出，變化趨勢與14#基本一致，此時可以肯定是由于外界影響造成的寶石熔化假像。那么究竟是什么原因引起重量的變化呢，我們可以看一臺沒抽真空，也沒有加熱的爐子的重量變化，比如9號爐，其重量圍繞-18.559，上下2 g、3 g波動，基本屬于沒有變化。

由此，我們可以知道，只要是在抽過真空的狀況下，重量都會周期性地變化，分析可能原因，他們之間的差別就是真空狀態(tài)下波峰管產(chǎn)生了拉力，可能由于大氣壓力的變化，使得波峰管受力有所變化，造成了重量的周期性變化。

那么這樣的變化對于我們的生長究竟有什么樣的影響，該如何來判斷什么時候是真，什么時候是假呢？

平時有抽著真空而沒有接種的爐子，我們都可以作為參考，如果發(fā)現(xiàn)重量變化偏移正常值，我們首先看一下，參考的爐子，重量如何變化，如果變化方向一致，我們可以用我們現(xiàn)有的變化量減去參考爐的變化量，得到一個大概的真實的變化量，如果不是偏移太大，完全可以不理。

參考文獻

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