AT524311B1 - Apparatus for growing an artificially produced sapphire crystal - Google Patents
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- AT524311B1 AT524311B1 ATA51152/2020A AT511522020A AT524311B1 AT 524311 B1 AT524311 B1 AT 524311B1 AT 511522020 A AT511522020 A AT 511522020A AT 524311 B1 AT524311 B1 AT 524311B1
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum Züchten eines künstlich hergestellten Saphir-Kristalls. Die Vorrichtung (1) umfasst eine Tiegelwand (4) mit einem offenen ersten Endbereich (5) und einem in Richtung einer Längsachse (7) davon beabstandet angeordneten bodenseitigen zweiten Endbereich (6) und einen Tiegelboden (12). Der Tiegelboden (12) ist zu seinem überwiegenden Anteil, insbesondere vollständig, ausschließlich aus einer Platte (13) aus einem bereits künstlich hergestellten Saphir-Kristall gebildet, wobei die Platte (13) einen Keimkristall für den herzustellenden Saphir-Kristall bildet.The invention relates to a device (1) and a method for growing an artificially produced sapphire crystal. The device (1) comprises a crucible wall (4) with an open first end region (5) and a bottom second end region (6) spaced apart from it in the direction of a longitudinal axis (7) and a crucible bottom (12). The majority of the crucible bottom (12) is formed exclusively, in particular completely, from a plate (13) of a sapphire crystal that has already been produced artificially, the plate (13) forming a seed crystal for the sapphire crystal to be produced.
Description
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Züchten eines oder mehrerer künstlich hergestellter Saphir-Kristalle. The invention relates to an apparatus and a method for growing one or more artificially produced sapphire crystals.
[0002] Die EP 3 260 582 A1 beschreibt eine Vorrichtung für die Herstellung eines Kristalls in einem Tiegel, der von einer aus einem Graphit-Filz gebildeten Isolierschicht umgeben ist. Der Tiegel ist topfförmig mit einer umlaufenden Tiegelwand und einem einstückig damit verbundenen Tiegelboden ausgebildet. Die Tiegelwand und der Tiegelboden umgrenzen gemeinsam den Aufnahmeraum zur Bildung des Siliciumcarbid-Kristalls, wobei an der Oberseite der Aufnahmeraum des Tiegels von einem Deckel abgedeckt ist. Der Tiegel samt dem Isoliermaterial ist in ein Doppelquarzrohr eingesetzt und lagert auf einem Graphittragstab auf. Der Innenraum des Doppelquarzrohrs ist weiters auf einen gegenüber dem Atmosphärendruck dazu geringeren Druck abgesenkt. Mittels einer um das Doppelquarzrohr herum angeordneten Heizvorrichtung wird der Tiegel und dessen Aufnahmeraum für die Herstellung der Kristalle erhitzt. Es konnte dabei keine Überwachung und Kontrolle des aufgeschmolzenen Basismaterials und der Verfestigungsvorgang zum Kristall durchgeführt werden. Weiters waren das Hantieren und die Entnahme des im Aufnahmeraum künstlich hergestellten Siliciumcarbid-Kristalls schwierig. [0002] EP 3 260 582 A1 describes a device for the production of a crystal in a crucible which is surrounded by an insulating layer formed from a graphite felt. The crucible is pot-shaped with a circumferential crucible wall and a crucible base connected to it in one piece. The crucible wall and the crucible bottom jointly delimit the receiving space for the formation of the silicon carbide crystal, the receiving space of the crucible being covered by a cover on the upper side. The crucible, together with the insulating material, is placed in a double quartz tube and rests on a graphite support rod. The interior of the double quartz tube is also lowered to a pressure that is lower than atmospheric pressure. The crucible and its receiving space for the production of the crystals are heated by means of a heating device arranged around the double quartz tube. It was not possible to monitor and control the melted base material and the solidification process into the crystal. Furthermore, handling and taking out of the silicon carbide crystal artificially produced in the receiving space was difficult.
[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels derer der Herstellvorgang des Saphir-Kristalls, insbesondere eines Saphir-Einkristalls, von der Bildung der Schmelze und dem nachfolgenden Kristallisationsvorgang einfach und sicher überwacht werden kann. Weiters soll auch eine einfachere Entformung des Saphir-Kristalls ermöglicht werden. The object of the present invention was to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a device and a method available, by means of which the manufacturing process of the sapphire crystal, in particular a sapphire single crystal, from the formation of the melt and can be easily and safely monitored during the subsequent crystallization process. Furthermore, a simpler demoulding of the sapphire crystal should also be made possible.
[0004] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst. [0004] This object is achieved by a device and a method according to the claims.
[0005] Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Züchten eines künstlich hergestellten Saphir-Kristalls bzw. ist diese dazu ausgebildet. Bevorzugt soll damit ein Saphir-Einkristall hergestellt bzw. ausgebildet werden. Die Vorrichtung umfasst The device according to the invention is used to grow an artificially produced sapphire crystal or is designed to do so. A sapphire monocrystal is preferably to be produced or formed in this way. The device includes
- eine Tiegelwand, welche Tiegelwand einen offenen ersten Endbereich und einen in Richtung einer Längsachse davon beabstandet angeordneten bodenseitigen zweiten Endbereich aufweist, wobei von der Tiegelwand im Querschnitt bezüglich der Längsachse gesehen eine Tiegelwand-Innenfläche und in einer Tiegelwanddicke davon beabstandet eine Tiegelwand-Außenfläche definiert ist, - a crucible wall, which crucible wall has an open first end area and a bottom-side second end area arranged spaced apart therefrom in the direction of a longitudinal axis, a crucible wall inner surface being seen from the crucible wall in cross-section with respect to the longitudinal axis and a crucible wall outer surface being spaced apart therefrom ,
- einen Tiegelboden, welcher Tiegelboden im bodenseitigen zweiten Endbereich angeordnet ist, und - a crucible base, which crucible base is arranged in the base-side second end area, and
- wobei von der Tiegelwand und dem Tiegelboden ein Aufnahmeraum zur Bildung des Kristalls „K“ definiert ist, wobei weiters noch vorgesehen ist, - wherein a receiving space for the formation of the crystal "K" is defined by the crucible wall and the crucible bottom, with further provision being made for
- dass der Tiegelboden zu seinem überwiegenden Anteil, insbesondere vollständig, ausschließlich aus einer Platte aus einem bereits künstlich hergestellten Saphir-Kristall „K“ gebildet ist, und - that the majority of the crucible bottom, in particular its entirety, is formed exclusively from a plate made of an already artificially produced sapphire crystal "K", and
- dass die den Tiegelboden bildende Platte einen Keimkristall für den herzustellenden Saphir-Kristall „K“ bildet. - that the plate forming the bottom of the crucible forms a seed crystal for the sapphire crystal "K" to be produced.
[0006] Der dadurch erzielte Vorteil liegt darin, dass der Aufnahmeraum durch die Tiegelwand und bodenseitig nur durch die den Tiegelboden bildende Platte aus einem bereits zuvor künstlich hergestellten Saphir-Kristall gebildet ist, wird eine Durchblicksmöglichkeit durch die Platte hindurch in den Aufnahmeraum geschaffen. Es sind nur Halteelemente oder es ist nur eine Abstützvorrichtung vorzusehen, auf welchen oder auf welcher die Platte und/oder die Tiegelwand in vertikaler Richtung abzustützen sind oder ist. Die Halteelemente oder die Abstützvorrichtung sind derart auszubilden oder anzuordnen, dass die den Tiegelboden bildende Platte nicht vollständig abgedeckt ist und ein überwiegender Flächenanteil frei und unabgedeckt bleibt. Durch das Vorsehen der Tiegelwand in Verbindung mit der einen Teilabschnitt des hergestellten Saphir-Kristalls bildenden Platte als Keimkristall, wird auch die Entformung des hergestellten Saphir-Kristalls aus der Tiegelwand erleichtert, da kein fixer Tiegelboden als weiterer Bestandteil der Tiegelwand vor-The advantage achieved is that the receiving space is formed by the crucible wall and the bottom side only by the plate forming the crucible bottom from a previously artificially produced sapphire crystal, a perspective is created through the plate into the receiving space. Only holding elements or only one supporting device are to be provided, on which the plate and/or the crucible wall are or is to be supported in the vertical direction. The holding elements or the supporting device are to be designed or arranged in such a way that the plate forming the crucible base is not completely covered and a predominant surface area remains free and uncovered. By providing the crucible wall in connection with the plate forming a partial section of the produced sapphire crystal as a seed crystal, the demoulding of the produced sapphire crystal from the crucible wall is also facilitated, since no fixed crucible bottom is required as a further component of the crucible wall.
gesehen ist. is seen.
[0007] Weiters kann es vorteilhaft sein, wenn der offene erste Endbereich der Tiegelwand von einem Tiegeldeckel abgedeckt ist. Damit kann bei Bedarf der Aufnahmeraum an seiner Oberseite abgedeckt werden. Furthermore, it can be advantageous if the open first end area of the crucible wall is covered by a crucible lid. Thus, if necessary, the receiving space can be covered at its top.
[0008] Eine andere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Tiegelwand und/oder der Tiegeldeckel aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe von Iridium (Ir), Wolfram (W), Molybdän (Mo) ausgewählt ist. Another embodiment is characterized in that the crucible wall and/or the crucible lid is formed from a material selected from the group consisting of iridium (Ir), tungsten (W), molybdenum (Mo).
[0009] Eine weitere mögliche Ausführungsform hat die Merkmale, dass die den Tiegelboden bildende Platte eine Plattenstärke aufweist, welche aus einem Plattenstärke-Wertebereich stammt, dessen untere Grenze 0,5 mm, insbesondere 1 mm, und dessen obere Grenze 5 mm, insbesondere 2 mm, beträgt. Durch die Wahl der Plattenstärke kann so die Tragfähigkeit der Platte an die unterschiedlichsten Einsatzbedingungen und Massenverhältnisse beim Herstellungsprozess des Saphir-Kristalls angepasst werden. Another possible embodiment has the feature that the plate forming the bottom of the crucible has a plate thickness which comes from a plate thickness value range, the lower limit of which is 0.5 mm, in particular 1 mm, and the upper limit of which is 5 mm, in particular 2 mm, is. By choosing the thickness of the plate, the load-bearing capacity of the plate can be adapted to the most varied of operating conditions and mass ratios during the manufacturing process of the sapphire crystal.
[0010] Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass die Tiegelwand bei lotrechter Ausrichtung von deren Längsachse mit ihrem bodenseitigen zweiten Endbereich auf der den Tiegelboden bildenden Platte aus dem künstlich hergestellten Saphir-Kristall „K“ auflagernd abgestützt ist. Damit kann auf passgenaue Zuschnitte bei der Bildung der Platte verzichtet werden, denn ist lediglich ein gewisser radialer Uberstand der Platte über die Tiegelwand-Innenfläche auf die von der Längsachse abgewendete Seite vorzusehen, um eine über den Umfang durchlaufende Abstützung der Tiegelwand auf der Platte zu erzielen. A further embodiment provides that the crucible wall is supported with a vertical alignment of its longitudinal axis with its bottom second end region on the plate forming the crucible bottom from the artificially produced sapphire crystal "K". This eliminates the need for precisely fitting blanks when forming the plate, because the plate only needs to protrude a certain amount radially beyond the inner surface of the crucible wall on the side facing away from the longitudinal axis in order to achieve continuous support of the crucible wall on the plate over the circumference .
[0011] Eine andere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die den Tiegelboden bildenden Platte eine Außenabmessung aufweist welche maximal einer von der Tiegelwand-AuBenfläche definierten Querschnittsabmessung entspricht. Damit kann Material zur Bildung der Platte eingespart werden und ein UÜberragen über die Tiegelwand hinaus verhindert werden. Another embodiment is characterized in that the plate forming the bottom of the crucible has an outer dimension which corresponds at most to a cross-sectional dimension defined by the outer surface of the crucible wall. In this way, material for forming the plate can be saved and protruding beyond the crucible wall can be prevented.
[0012] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Halteansätze vorgesehen sind, welche Halteansätze die Tiegelwand-Innenfläche in Richtung auf die Längsachse überragen und im bodenseitigen zweiten Endbereich der Tiegelwand angeordnet sind sowie über den Umfang der Tiegelwand-Innenfläche verteilt angeordnet sind. Damit kann die Platte innerhalb des Aufnahmeraums vor dem Befüllen desselben mit dem Basismaterial bezüglich der Tiegelwand positioniert angeordnet und gehalten werden. Auf zusätzliche Abstützmittel kann damit verzichtet werden. Es ist lediglich die Platte in ihrer Außenabmessung bzw. deren Querschnittsform an jene des Aufnahmeraums anzupassen. A further preferred embodiment is characterized in that several holding lugs are provided, which holding lugs protrude beyond the inner surface of the crucible wall in the direction of the longitudinal axis and are arranged in the bottom second end region of the crucible wall and are arranged distributed over the circumference of the inner surface of the crucible wall. In this way, the plate can be positioned and held within the receiving space before it is filled with the base material with respect to the crucible wall. Additional support means can thus be dispensed with. It is only necessary to adapt the outer dimensions of the plate or its cross-sectional shape to those of the receiving space.
[0013] Weiters kann es vorteilhaft sein, wenn die Halteansätze einen integralen Bestandteil der Tiegelwand bilden. Damit kann eine einstückige und zusammengehörige Baugruppe der Vorrichtung geschaffen werden. Furthermore, it can be advantageous if the holding lugs form an integral part of the crucible wall. A one-piece assembly of the device that belongs together can thus be created.
[0014] Eine andere alternative Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die den Tiegelboden bildende Platte eine Außenabmessung aufweist welche maximal einer von der Tiegelwand-Innenfläche definierten Querschnittsabmessung entspricht und die Platte bodenseitig In den Aufnahmeraum eingesetzt ist. Damit weist der gesamte hergestellte Saphir-Kristall in seiner Längserstreckung die nahezu bis gleiche Außenabmessung auf. Another alternative embodiment is characterized in that the plate forming the crucible bottom has an outer dimension which corresponds at most to a cross-sectional dimension defined by the crucible wall inner surface and the bottom side of the plate is inserted into the receiving space. The entire length of the sapphire crystal produced thus has almost the same external dimensions.
[0015] Eine weitere mögliche und gegebenenfalls alternative Ausführungsform hat die Merkmale, dass die den Tiegelboden bildende Platte mit ihrer äußeren Umfangs-Stirnfläche durchgängig dichtend an der Tiegelwand-Innenfläche anliegt. Damit kann ein unbeabsichtigtes Austreten der Schmelze aus dem Aufnahmeraum verhindert werden. A further possible and optionally alternative embodiment has the characteristics that the plate forming the crucible bottom bears with its outer circumferential end face in a continuous sealing manner against the inner surface of the crucible wall. This can prevent the melt from escaping unintentionally from the receiving space.
[0016] Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass die den Tiegelboden bildende Platte auf den Halteansätzen auf jeweils deren dem offenen ersten Endbereich zugewendeten Seite auflagernd abgestützt ist. So kann eine sichere Abstützung bei gleichzeitiger positionierter Anordnung in Richtung der Längsachse geschaffen werden. A further embodiment provides that the plate forming the crucible bottom is supported on the retaining projections on their respective side facing the open first end region. In this way, a secure support can be created with a simultaneous positioning arrangement in the direction of the longitudinal axis.
[0017] Eine andere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Tiegelwand mit ihrem bodenseitigen zweiten Endbereich auf zumindest einem Stützelement auflagernd abgestützt ist. Another embodiment is characterized in that the crucible wall is supported with its bottom second end region resting on at least one support element.
Damit kann eine Abstützung und Halterung der den Tiegel bildenden Vorrichtung geschaffen werden. In this way, the device forming the crucible can be supported and held.
[0018] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Stützvorrichtung vorgesehen ist und die Tiegelwand und die den Tiegelboden bildende Platte gemeinsam auf der Stützvorrichtung auflagernd abgestützt sind und dass die Stützvorrichtung zumindest eine die Stützvorrichtung in Richtung der Längsachse durchdringende Durchsetzung aufweist. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, die den Tiegelboden bildende Platte im Aufnahmeraum anzuordnen und trotzdem eine Abstützung des gebildeten Tiegels zu erzielen und darüber hinaus eine Einblicksmöglichkeit ausgehend vom Tiegelboden in den Aufnahmeraum nicht zu unterbinden. Bei Wegnahme der Stützvorrichtung kann die Entnahme oder die Entformung des hergestellten Saphir-Kristalls sehr einfach durchgeführt werden, da ein beidseitiger Zugang zum Aufnahmeraum möglich ist. A further preferred embodiment is characterized in that a support device is provided and the crucible wall and the plate forming the crucible bottom are supported together on the support device and that the support device has at least one penetration penetrating the support device in the direction of the longitudinal axis. This creates the possibility of arranging the plate forming the crucible base in the receiving space and nevertheless achieving support for the crucible formed and, moreover, not preventing a view from the crucible base into the receiving space. When the support device is removed, the sapphire crystal produced can be removed or demoulded very easily, since access to the receiving space is possible from both sides.
[0019] Weiters kann es vorteilhaft sein, wenn auf der vom Aufnahmeraum abgewendeten Seite der den Tiegelboden bildenden Platte zumindest ein Sensor angeordnet ist. Damit können Messungen direkt im Aufnahmeraum ermöglicht werden. So kann z.B. die Qualität des hergestellten Saphir-Kristalls laufend überwacht werden. Es kann aber auch die Lage und damit verbunden die Höhe des bereits hergestellten Saphir-Kristalls im Bereich Trennschicht hin zur noch vorhandenen Schmelze ermittelt werden. Dies wäre von der Oberseite her durch das noch nicht aufgeschmolzene Basismaterial hindurch nicht möglich. Furthermore, it can be advantageous if at least one sensor is arranged on the side of the plate forming the crucible bottom that faces away from the receiving space. This enables measurements to be taken directly in the recording room. For example, the quality of the manufactured sapphire crystal can be continuously monitored. However, the position and the associated height of the sapphire crystal that has already been produced can also be determined in the area of the separating layer in relation to the melt that is still present. This would not be possible from the top through the not yet melted base material.
[0020] Die Aufgabe der Erfindung wird aber unabhängig davon auch durch ein Verfahren zum Züchten eines Kristalls, insbesondere eines künstlich hergestellten Saphir-Kristalls, gelöst. Zur Durchführung des Verfahrens kann die beschriebene Vorrichtung Anwendung finden bzw. dazu eingesetzt werden. Bei dem Verfahren werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt: [0020] The object of the invention is, however, also achieved independently of this by a method for growing a crystal, in particular an artificially produced sapphire crystal. The device described can be used to carry out the method. The following process steps are carried out in the process:
- Bereitstellen einer Tiegelwand, welche Tiegelwand einen offenen ersten Endbereich und einen in Richtung einer Längsachse davon beabstandet angeordneten bodenseitigen zweiten Endbereich aufweist, wobei von der Tiegelwand im Querschnitt bezüglich der Längsachse gesehen eine Tiegelwand-Innenfläche und in einer Tiegelwanddicke davon beabstandet eine Tiegelwand-Außenfläche definiert wird, - Providing a crucible wall, which crucible wall has an open first end region and a bottom second end region arranged spaced apart therefrom in the direction of a longitudinal axis, wherein a crucible wall inner surface seen from the crucible wall in cross-section with respect to the longitudinal axis and a crucible wall thickness spaced therefrom define a crucible wall outer surface becomes,
- Bereitstellen eines Tiegelbodens, welcher Tiegelboden im bodenseitigen zweiten Endbereich angeordnet wird, - providing a crucible base, which crucible base is arranged in the base-side second end area,
- wobei von der Tiegelwand und dem Tiegelboden ein Aufnahmeraum zur Bildung des Saphir-Kristalls „K“ definiert wird, und - wherein a receiving space for the formation of the sapphire crystal “K” is defined by the crucible wall and the crucible floor, and
- Bereitstellen eines Basismaterials zur Bildung des Kristalls „K“ und Einbringen desselben in den Aufnahmeraum, wobei das Basismaterial anschließend aufgeschmolzen und nachfolgend die Schmelze zu deren Verfestigung und Bildung des Kristalls „K“ abgekühlt wird, wobei weiters noch vorgesehen ist, - Providing a base material for forming the crystal "K" and introducing it into the receiving space, with the base material then being melted and the melt then being cooled to solidify it and form the crystal "K", it also being provided that
- dass der Tiegelboden zu seinem überwiegenden Anteil, insbesondere vollständig, ausschließlich aus einer Platte aus einem bereits künstlich hergestellten Saphir-Kristall „K“ gebildet wird, und - that the majority of the crucible bottom, in particular its entirety, is formed exclusively from a plate made of an already artificially produced sapphire crystal "K", and
- dass von der den Tiegelboden bildenden Platte ein Keimkristall für den herzustellenden Saphir-Kristall „K“ gebildet wird. - that a seed crystal for the sapphire crystal "K" to be produced is formed from the plate forming the bottom of the crucible.
[0021] Vorteilhaft ist bei den hier gewählten Verfahrensschritten, dass der Aufnahmeraum durch die Tiegelwand und bodenseitig nur durch die den Tiegelboden bildende Platte aus einem bereits zuvor künstlich hergestellten Saphir-Kristall gebildet wird. Damit wird eine Durchblicksmöglichkeit durch die Platte hindurch in den Aufnahmeraum geschaffen, da ein Großteil der gesamten Bodenfläche von keinen zusätzlichen Tiegelteilen abgedeckt ist. Es sind nur Halteelemente oder es ist nur eine Abstützvorrichtung vorzusehen, auf welchen oder auf welcher die Platte und/oder die Tiegelwand in vertikaler Richtung abzustützen sind oder ist. Die Halteelemente oder die Abstützvorrichtung sind derart auszubilden oder anzuordnen, dass die den Tiegelboden bildende Platte nicht vollständig abgedeckt ist und ein überwiegender Flächenanteil frei bleibt. Durch das Vorsehen der Tiegelwand in Verbindung mit der einen Teilabschnitt des hergestellten Saphir-Kristalls bildenden Platte als Keimkristall, wird auch die Entformung des hergestellten Saphir-Kristalls aus der Tiegelwand erleichtert, da kein fixer Tiegelboden als weiterer Bestandteil der Tiegelwand vor-It is advantageous in the method steps selected here that the receiving space is formed by the crucible wall and the bottom only by the plate forming the crucible bottom from a previously artificially produced sapphire crystal. This creates a view through the plate into the receiving space, since a large part of the entire floor area is not covered by any additional crucible parts. Only holding elements or only one supporting device are to be provided, on which the plate and/or the crucible wall are or is to be supported in the vertical direction. The holding elements or the supporting device are to be designed or arranged in such a way that the plate forming the crucible base is not completely covered and a predominant surface area remains free. The provision of the crucible wall in connection with the plate forming a partial section of the sapphire crystal produced as a seed crystal also makes it easier to demould the sapphire crystal produced from the crucible wall, since there is no fixed crucible base as a further component of the crucible wall.
gesehen wird. is seen.
[0022] Weiters ist ein Vorgehen vorteilhaft, bei dem zumindest ein Sensor bereitgestellt wird und der zumindest eine Sensor auf der vom Aufnahmeraum abgewendeten Seite der den Tiegelboden bildenden Platte angeordnet wird und vom Sensor durch die den Tiegelboden bildenden Platte hindurch die relative Lage der Grenzschicht zwischen dem erstarrten Saphir-Kristall „K“ und der Schmelze „S“ ermittelt wird. Damit können Messungen direkt im Aufnahmeraum ermöglicht werden. So kann z.B. die Qualität des hergestellten Saphir-Kristalls laufend überwacht werden. Es kann aber auch die Lage und damit verbunden die Höhe des bereits hergestellten SaphirKristalls im Bereich Trennschicht hin zur noch vorhandenen Schmelze ermittelt werden. Dies wäre von der Oberseite her durch das noch nicht aufgeschmolzene Basismaterial hindurch nicht möglich. Furthermore, a procedure is advantageous in which at least one sensor is provided and the at least one sensor is arranged on the side of the plate forming the crucible bottom facing away from the receiving space and the relative position of the boundary layer between the solidified sapphire crystal "K" and the melt "S" is determined. This enables measurements to be taken directly in the recording room. For example, the quality of the manufactured sapphire crystal can be continuously monitored. However, the position and the associated height of the sapphire crystal that has already been produced can also be determined in the area of the separating layer towards the remaining melt. This would not be possible from the top through the not yet melted base material.
[0023] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. For a better understanding of the invention, it will be explained in more detail with reference to the following figures.
[0024] Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung: [0024] They each show in a highly simplified, schematic representation:
[0025] Fig. 1 ein erstes mögliches Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Züchten eines künstlich hergestellten Saphir-Kristalls, in Ansicht geschnitten; 1 shows a first possible exemplary embodiment of a device for growing an artificially produced sapphire crystal, in section;
[0026] Fig. 2 eine zweite mögliche Ausbildung einer Vorrichtung zum Züchten eines künstlich hergestellten Saphir-Kristalls, in Ansicht geschnitten; [0026] FIG. 2 shows a second possible embodiment of a device for growing an artificially produced sapphire crystal, in section;
[0027] Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Züchten eines künstlich hergestellten Saphir-Kristalls, in Ansicht geschnitten. 3 shows a third exemplary embodiment of a device for growing an artificially produced sapphire crystal, in section.
[0028] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. First of all, it should be noted that in the differently described embodiments, the same parts are provided with the same reference numbers or the same component designations, with the disclosures contained throughout the description being able to be transferred analogously to the same parts with the same reference numbers or the same component designations. The position information selected in the description, such as top, bottom, side, etc., is related to the figure directly described and shown and these position information are to be transferred to the new position in the event of a change of position.
[0029] Der Begriff „insbesondere“ wird nachfolgend so verstanden, dass es sich dabei um eine mögliche speziellere Ausbildung oder nähere Spezifizierung eines Gegenstands oder eines Verfahrensschritts handeln kann, aber nicht unbedingt eine zwingende, bevorzugte Ausführungsform desselben oder eine zwingende Vorgehensweise darstellen muss. The term "particularly" is understood below to mean that it can involve a possible more specific training or more detailed specification of an object or a method step, but does not necessarily have to represent a mandatory, preferred embodiment of the same or a mandatory procedure.
[0030] In ihrer vorliegenden Verwendung sollen die Begriffe „umfassend”, „weist auf“, „aufweisend“, „schließt ein“, „einschließlich“, „enthält“, „enthaltend“ und jegliche Variationen dieser eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken. As used herein, the terms "comprising," "comprises," "having," "includes," "including," "includes," "containing," and any variations thereof are intended to cover non-exclusive inclusion.
[0031] Als weiterer Begriff kann auch noch „wahlweise“ verwendet werden. Darunter wird verstanden, dass dieser Verfahrensschritt oder diese Anlagenkomponente grundsätzlich vorhanden ist, jedoch je nach Einsatzbedingungen eingesetzt werden kann, dies jedoch nicht zwingend erfolgen muss. [0031] “Optionally” can also be used as a further term. This means that this process step or this plant component is basically available, but can be used depending on the conditions of use, but this does not have to be the case.
[0032] In der Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 gezeigt, welche zum Züchten eines Kristalls, insbesondere eines künstlich hergestellten Saphir-Kristalls, dient bzw. dazu ausgebildet ist. Saphir hat die chemische Formel Al;‚Os und kommt in der Natur vor und wird unter anderem als Schmuckstein oder dergleichen verwendet. 1 shows a first exemplary embodiment of a device 1 which is used or designed for growing a crystal, in particular an artificially produced sapphire crystal. Sapphire has the chemical formula Al;‚Os and occurs in nature and is used, among other things, as a gemstone or the like.
[0033] Die synthetische oder künstliche Herstellung erfolgt ausgehend von einem sogenannten Basismaterial 2, welches eine stückige, körnige bis hin zu einer pulverförmigen Struktur aufweisen kann. Es können auch größere Stücke zur Erreichung einer besseren Fülldichte verwendet werden. Das Basismaterial 2 wird in eine allgemein als Tiegel 3 bezeichnete Aufnahmevorrichtung oder Aufnahmegefäß eingebracht und dort mittels Wärmezufuhr in bekannter Weise aufgeschmolzen. The synthetic or artificial production is based on a so-called base material 2, which can have a lumpy, granular up to a powdery structure. Larger pieces can also be used to achieve better fill density. The base material 2 is introduced into a receiving device or receiving vessel, generally referred to as a crucible 3, and is melted there in a known manner by supplying heat.
[0034] An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Vorrichtung 1 gemäß allen AusführungsbeispieIt should be noted at this point that the device 1 according to all exemplary embodiments
len auch mehrere Tiegel 3 umfassen kann, sodass auch mehrere Kristalle gleichzeitig gezüchtet werden können. len can also include several crucibles 3, so that several crystals can be grown simultaneously.
[0035] Die Schmelze, welche nachfolgend mit dem Buchstaben „S“ bezeichnet wird, wird abgekühlt und dabei erfolgt die Erstarrung und Bildung des Kristalls „K“. Bei einem derartigen Kristall „K“ handelt es sich bevorzugt um eine Einkristall-Form von Aluminiumoxid (Al,‚Os). Der synthetisch hergestellte Saphir-Kristall „K“ weist einen Härtewert von 9 auf der Mohs-Skala auf. Darüber hinaus weisen daraus hergestellte Produkte, wie z.B. Wafer, Uhrgläser, Gehäuse, Leuchtdioden oder dergleichen, eine hohe Kratzfestigkeit auf. Bevorzugt werden Kristalle „K“ mit glasklaren Eigenschaften oder aber auch je nach Zusatzstoff mit farbigem Aussehen gebildet. The melt, which is referred to below with the letter "S", is cooled and the solidification and formation of the crystal "K" takes place. Such a crystal “K” is preferably a single-crystal form of aluminum oxide (Al,,Os). The synthetically produced sapphire crystal "K" has a hardness value of 9 on the Mohs scale. In addition, products made from it, such as wafers, watch glasses, housings, light-emitting diodes or the like, have a high scratch resistance. Crystals "K" with crystal-clear properties or, depending on the additive, with a colored appearance are preferably formed.
[0036] Die Vorrichtung 1 umfasst eine Tiegelwand 4, welche ihrerseits einen ersten Endbereich 5 und einen davon beabstandet angeordneten zweiten Endbereich 6 aufweist. Zwischen den beiden Endbereichen 5 und 6 erstreckt sich eine Längsachse 7. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Endbereich 5 offen ausgebildet. Der zweite Endbereich 6 bildet bei lotrechter Ausrichtung der Längsachse 7 den bodenseitigen Endabschnitt aus und ist gänzlich offen oder zu einem überwiegenden Anteil offen ausgebildet. Die Tiegelwand 4 ist grundsätzlich rohrförmig ausgebildet und kann die unterschiedlichsten Querschnittformen bezüglich der Längsachse 7 aufweisen. Die Querschnittsform hängt vom Querschnitt des herzustellenden Kristalls „K“ ab. So kann der Innenquerschnitt z.B. rund, oval oder mehreckig ausgebildet sein. Der mehreckige Querschnitt kann z.B. von einem Quadrat, einem Rechteck, einem Fünfeck, Sechseck, Achteck oder dergleichen gebildet sein. The device 1 comprises a crucible wall 4, which in turn has a first end region 5 and a second end region 6 arranged at a distance therefrom. A longitudinal axis 7 extends between the two end regions 5 and 6. In this exemplary embodiment, the first end region 5 is open. When the longitudinal axis 7 is aligned vertically, the second end region 6 forms the bottom end section and is designed to be completely open or open to a large extent. The crucible wall 4 is basically tubular and can have a wide variety of cross-sectional shapes with respect to the longitudinal axis 7 . The cross-sectional shape depends on the cross-section of the crystal “K” to be made. For example, the inner cross-section can be round, oval or polygonal. For example, the polygonal cross section may be formed by a square, a rectangle, a pentagon, a hexagon, an octagon, or the like.
[0037] Die Tiegelwand 4 definiert ihrerseits eine Tiegelwand-Innenfläche 8 und eine TiegelwandAußenfläche 9, wobei in radialer Richtung gesehen von den beiden Tiegelwand-Flächen 8 und 9 eine Tiegelwanddicke 10 festgelegt wird. The crucible wall 4 in turn defines a crucible wall inner surface 8 and a crucible wall outer surface 9, with a crucible wall thickness 10 being defined by the two crucible wall surfaces 8 and 9 viewed in the radial direction.
[0038] Zur Bildung eines Aufnahmeraums 11 ist die Tiegelwand 4 bodenseitig in ihrem zweiten Endbereich 6 mit einem Tiegelboden 12 verschlossen auszubilden. Damit definieren die Tiegelwand 4 und der Tiegelboden 12 den Aufnahmeraum 11. To form a receiving space 11, the bottom of the crucible wall 4 is to be closed in its second end region 6 with a crucible bottom 12. The crucible wall 4 and the crucible bottom 12 thus define the receiving space 11.
[0039] Es ist bei diesem Ausführungsbeispiel und auch bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass der Tiegelboden 12 selbst zu seinem überwiegenden Anteil ausschließlich aus einer Platte 13 aus einem bereits zuvor künstlich hergestellten Saphir-Kristall „K“ gebildet ist oder wird. Bevorzugt ist jedoch der gesamte Tiegelboden 12 ausschließlich von der Platte 13 aus dem bereits zuvor künstlich hergestellten Saphir-Kristall „K“ gebildet. Damit wird von der den Tiegelboden 12 bildenden Platte 13 ein Keimkristall für den herzustellenden SaphirKristall „K“ gebildet. Es wurde jeweils die Trennlinie zwischen der Platte 13 und dem bereits neu hergestellten Saphir-Kristall „K“ mit einer strichlierten Linie dargestellt, da am Beginn des Aufschmelzvorgangs des Basismaterials 2 und der Bildung der Schmelze „S“ die dem Aufnahmeraum 11 zugewendete Oberfläche der Platte 13 zumindest teilweise oder gänzlich aufgeschmolzen wird und bei fortschreitender Abkühlung und Kristallisation ein zusammengehöriger einstückiger Saphir-Kristall „K“ ausgebildet wird. It is provided in this embodiment and also in the embodiments described below that the crucible base 12 itself is formed exclusively from a plate 13 from a previously artificially produced sapphire crystal "K" for the most part or is. However, the entire crucible base 12 is preferably formed exclusively by the plate 13 made of the previously artificially produced sapphire crystal “K”. A seed crystal for the sapphire crystal “K” to be produced is thus formed from the plate 13 forming the crucible bottom 12 . The dividing line between the plate 13 and the already newly produced sapphire crystal "K" was shown with a dashed line, since at the beginning of the melting process of the base material 2 and the formation of the melt "S" the surface of the plate facing the receiving space 11 13 is at least partially or completely melted and, as the cooling and crystallization progresses, a coherent, one-piece sapphire crystal “K” is formed.
[0040] Die den Tiegelboden 12 bildende Platte 13 kann eine Plattenstärke mindestens 1 mm bis zu mehreren mm 14 aufweisen, welche aus einem Plattenstärke-Wertebereich stammt, dessen untere Grenze 0,5mm mm, insbesondere 1 mm, und dessen obere Grenze 5 mm, insbesondere 2 mm, beträgt. The plate 13 forming the crucible bottom 12 can have a plate thickness of at least 1 mm up to several mm 14, which comes from a plate thickness value range, the lower limit of which is 0.5 mm, in particular 1 mm, and the upper limit of which is 5 mm. in particular 2 mm.
[0041] Weiters kann der offene erste Endbereich 5 der Tiegelwand 4 von einem Tiegeldeckel 15 abgedeckt sein. Als möglicher Werkstoff zur Bildung der Tiegelwand 4 und/oder des Tiegeldeckels 15 kann ein Material aus der Gruppe von Iridium (Ir), Wolfram (W), Molybdän (Mo) ausgewählt werden. Furthermore, the open first end area 5 of the crucible wall 4 can be covered by a crucible lid 15 . A material from the group consisting of iridium (Ir), tungsten (W), molybdenum (Mo) can be selected as a possible material for forming the crucible wall 4 and/or the crucible cover 15 .
[0042] Da zumeist der Saphir-Kristall „K“ und auch die den Tiegelboden 12 bildenden Platte 13 glasklar bis durchsichtig ausgebildet sind oder werden, besteht die Möglichkeit durch die Platte 13 hindurch die unterschiedlichsten Messungen in den Aufnahmeraum 11 hinein durchzuführen. Dazu ist je nach durchzuführender Messung zumindest ein Sensor 16 vorzusehen. Der zumindest eine Sensor 16 wird auf der vom Aufnahmeraum 11 abgewendeten Seite der den Tiegelboden Since the sapphire crystal “K” and also the plate 13 forming the crucible bottom 12 are or become crystal clear to transparent, it is possible to carry out a wide variety of measurements into the receiving space 11 through the plate 13 . Depending on the measurement to be carried out, at least one sensor 16 must be provided for this purpose. The at least one sensor 16 is located on the side of the crucible bottom facing away from the receiving space 11
12 bildenden Platte 13 angeordnet und ist vereinfacht angedeutet. Der Sensor 16 kann mit einer Steuerungsvorrichtung 17 in Kommunikationsverbindung stehen und den oder die ermittelten Messwerte an diese übertragen. 12 forming plate 13 is arranged and is indicated in simplified form. The sensor 16 can be in communication with a control device 17 and transmit the measured value(s) determined to it.
[0043] Der Sensor 16 kann z.B. dafür ausgebildet sein, die relative Lage einer Grenzschicht 18 zwischen dem erstarrten Saphir-Kristall „K“ und der sich noch oberhalb befindlichen Schmelze „S“ aus dem Basismaterial 2 zu ermitteln. Die vom Sensor 16 ausgesendeten Messstrahlen sind in strichlierten Linien bis hin zur Grenzschicht 18 angedeutet bzw. dargestellt. Es wäre aber auch noch möglich, die Lage der Schmelze-Oberfläche innerhalb des Aufnahmeraums 11 mittels dieses Sensors 16 und/oder aber einem weiteren nicht näher dargestellten Sensor zu ermitteln. Die an der Schmelzeoberfläche endenden Messstrahlen sind bei diesem Ausführungsbeispiel und auch den nachfolgend noch beschriebenen Ausführungsbeispielen jeweils mit strich-punktierten Linien angedeutet. Es wäre aber auch möglich, mit dem gleichen Sensor 16 und der ermittelten unterschiedlichen Laufdauer der Messstrahlen bis hin zur Grenzschicht 18 zwischen dem erstarrten Saphir-Kristall „K“ und der sich noch oberhalb befindlichen Schmelze „S“ oder bis hin zu der Schmelzeoberfläche die jeweilige Lage oder Höhenposition zu eruieren. The sensor 16 can be designed, for example, to determine the relative position of a boundary layer 18 between the solidified sapphire crystal “K” and the melt “S” from the base material 2 that is still above it. The measuring beams emitted by the sensor 16 are indicated or shown in dashed lines up to the boundary layer 18 . However, it would also be possible to determine the position of the melt surface within the receiving space 11 by means of this sensor 16 and/or an additional sensor that is not shown in detail. The measuring beams ending at the melt surface are indicated with dash-dotted lines in this exemplary embodiment and also in the exemplary embodiments described below. However, it would also be possible with the same sensor 16 and the determined different propagation times of the measuring beams up to the boundary layer 18 between the solidified sapphire crystal "K" and the melt "S" still above it or up to the melt surface to determine location or height position.
[0044] Bei einem Sensor 16, welcher auch als Detektor, Fühler, Messfühler oder Aufnehmer bezeichnet werden kann, handelt es sich um ein technisches Bauteil, das bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften und/oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Diese Größen werden mittels physikalischer, chemischer oder biologischer Effekte erfasst und in ein weiterverarbeitbares elektrisches Signal umgeformt und gegebenenfalls an die Steuerungsvorrichtung 17 übertragen. Mittels der Steuerungsvorrichtung 17 kann die Anlage mit der Vorrichtung 1 und der Verfahrensablauf geregelt und gesteuert werden. A sensor 16, which can also be referred to as a detector, feeler, probe or pick-up, is a technical component that qualitatively or quantitatively detects certain physical or chemical properties and/or the material composition of its surroundings as a measured variable can. These variables are detected using physical, chemical or biological effects and converted into an electrical signal that can be further processed and, if necessary, transmitted to the control device 17 . The system with the device 1 and the process sequence can be regulated and controlled by means of the control device 17 .
[0045] Weiters ist noch gezeigt, dass die Tiegelwand 4 bei lotrechter Ausrichtung von deren Längsachse 7 mit ihrem bodenseitigen zweiten Endbereich 6 - nämlich mit deren bodenseitigen Tiegel-Stirnfläche - auf der den Tiegelboden 12 bildenden Platte 13 aus dem bereits zuvor künstlich hergestellten Saphir-Kristall „K“ auflagernd abgestützt sein kann. Die Außenabmessung der Platte 13 ist somit größer auszubilden als die von der Tiegelwand-Innenfläche 8 definierte lichte Innenabmessung. So kann z.B. die den Tiegelboden 12 bildende Platte 13 eine Außenabmessung 19 aufweisen, welche maximal einer von der Tiegelwand-Außenfläche 9 definierten Querschnittsabmessung entspricht. Damit kann ein radiales Uberragen der Platte über die Außenabmessung der Tiegelwand 4 hinaus verhindert werden. Um die Entformung und eine mögliche Abstützung der Tiegelwand 4 in ihrem bodenseitigen zweiten Endbereich 6 zu ermöglichen, kann, wie in strichlierten Linien angedeutet, die Außenabmessung 19 der Platte 13 kleiner gewählt werden als die von der Tiegelwand-Außenfläche 9 definierte äußere Querschnittsabmessung. Furthermore, it is also shown that the crucible wall 4 with a vertical alignment of its longitudinal axis 7 with its bottom second end region 6 - namely with its bottom crucible end face - on the plate 13 forming the crucible bottom 12 from the previously artificially produced sapphire Crystal "K" can be supported on top. The outer dimension of the plate 13 is thus to be made larger than the clear inner dimension defined by the inner surface 8 of the crucible wall. For example, the plate 13 forming the crucible bottom 12 can have an outer dimension 19 which corresponds at most to a cross-sectional dimension defined by the outer surface 9 of the crucible wall. This prevents the plate from protruding radially beyond the outer dimensions of the crucible wall 4 . In order to enable the crucible wall 4 to be demolded and possibly supported in its bottom second end region 6, the outer dimension 19 of the plate 13 can be selected to be smaller than the outer cross-sectional dimension defined by the crucible wall outer surface 9, as indicated by dashed lines.
[0046] Die Tiegelwand 4 kann weiters mittels der Platte 13 auf einer nicht näher bezeichneten Stützvorrichtung abgestützt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Stützvorrichtung von einzelnen, bevorzugt über den Umfang verteilt angeordneten Stützelementen gebildet. AußBerhalb der Tiegelwand 4 ist noch vereinfacht eine Heizvorrichtung 20 schematisch angedeutet, mittels welcher das in den Aufnahmeraum 11 eingebrachte Basismaterial 2 zu einem Schmelzebad aufgeschmolzen und die Schmelze „S“ bei deren Abkühlung zu dem herzustellenden SaphirKristall „K“ auskristallisiert und verfestigt wird. The crucible wall 4 can also be supported by the plate 13 on an unspecified support device. In the present exemplary embodiment, the support device is formed by individual support elements, preferably arranged distributed over the circumference. Outside the crucible wall 4, a heating device 20 is indicated schematically, by means of which the base material 2 introduced into the receiving space 11 is melted to form a molten bath and the melt “S” is crystallized and solidified as it cools to form the sapphire crystal “K” to be produced.
[0047] In der Fig. 2 ist eine weiteres und gegebenenfalls für sich eigenständiges Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in der vorangegangenen Fig. 1 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in der vorangegangenen Fig. 1 hingewiesen bzw. Bezug genommen. 2 shows a further and possibly independent exemplary embodiment of the device 1, the same reference numerals or component designations as in the previous FIG. 1 being used again for the same parts. In order to avoid unnecessary repetitions, reference is made to the detailed description in the preceding FIG. 1 .
[0048] Die Vorrichtung 1 umfasst wiederum ebenfalls die Tiegelwand 4, gegebenenfalls den Tiegeldeckel 15 und den aus der kristallinen Platte 13 gebildeten Tiegelboden 12. The device 1 in turn also comprises the crucible wall 4, optionally the crucible lid 15 and the crucible bottom 12 formed from the crystalline plate 13.
[0049] Die den Tiegelboden 12 bildende Platte 13 weist hier eine Außenabmessung 19 auf, welche maximal einer von der Tiegelwand-Innenfläche 8 definierten Querschnittsabmessung ent-The plate 13 forming the crucible bottom 12 here has an outer dimension 19 which corresponds at most to a cross-sectional dimension defined by the crucible wall inner surface 8
spricht. Weiters ist die Platte 13 bodenseitig in den Aufnahmeraum 11 eingesetzt. speaks. Furthermore, the plate 13 is inserted into the receiving space 11 on the bottom side.
[0050] Um eine positionierte Halterung der Platte 13 relativ bezüglich der Tiegelwand 4 zu erzielen, können mehrere Halteansätze 22 vorgesehen sein. Die Halteansätze 22 überragen die Tiegelwand-Innenfläche 8 in Richtung auf die Längsachse 7 und sind bevorzugt über den Umfang der Tiegelwand-Innenfläche 8 verteilt angeordnet. Weiters können die Halteansätze 22 einen integralen Bestandteil der Tiegelwand 4 bilden und aus dem selben Werkstoff oder Material wie die Tiegelwand 4 gebildet sein. Unter dem Begriff integral wird hier verstanden, dass die Halteansätze 22 einstückig mit der Tiegelwand 4 ausgebildet sind. In order to achieve a positioned mounting of the plate 13 relative to the crucible wall 4, several mounting lugs 22 can be provided. The retaining projections 22 protrude beyond the inner surface 8 of the crucible wall in the direction of the longitudinal axis 7 and are preferably distributed over the circumference of the inner surface 8 of the crucible wall. Furthermore, the retaining lugs 22 can form an integral part of the crucible wall 4 and can be formed from the same material as the crucible wall 4 . The term integral is understood here to mean that the holding attachments 22 are formed in one piece with the crucible wall 4 .
[0051] Sind die Halteansätze 22 vorgesehen, ist die den Tiegelboden 12 bildende Platte 13 auf den Halteansätzen 22 auf jeweils deren dem offenen ersten Endbereich 5 zugewendeten Seite auflagernd abgestützt. Die Halteansätze 22 sind zumeist als Vorsprünge oder Ansätze ausgebildet. Es wäre aber auch noch möglich, die Halteansätze 22 durch einen über den Innenumfang durchlaufend ausgebildeten Halteflansch auszubilden. If the holding lugs 22 are provided, the plate 13 forming the crucible bottom 12 is supported on the holding lugs 22 on their respective side facing the open first end region 5 . The holding lugs 22 are mostly designed as projections or lugs. However, it would also be possible to form the retaining projections 22 by a retaining flange that runs continuously over the inner circumference.
[0052] Die Außenabmessung 19 der den Tiegelboden 12 bildenden Platte 13 kann so gewählt werden, dass diese mit ihrer äußeren Umfangs-Stirnfläche 23 durchgängig dichtend an der Tiegelwand-Innenfläche 8 anliegt. Die Platte 13 soll flüssigkeitsdicht an der Tiegelwand-Innenfläche 8 anliegen. The outer dimension 19 of the plate 13 forming the crucible bottom 12 can be selected in such a way that its outer peripheral end face 23 bears continuously and sealingly against the inner surface 8 of the crucible wall. The plate 13 should lie against the inner surface 8 of the crucible wall in a liquid-tight manner.
[0053] Es kann auch hier wiederum der zuvor beschriebene Sensor 16 vorgesehen sein. Da die Platte 13 bevorzugt vollständig in den Aufnahmeraum 11 eingesetzt ist, kann die tragende Abstützung der Tiegelwand 4 mit ihrem bodenseitigen zweiten Endbereich 6 auf zumindest einem Stützelement 24 erfolgen. The sensor 16 described above can also be provided here. Since the plate 13 is preferably inserted completely into the receiving space 11 , the crucible wall 4 can be supported with its bottom second end region 6 on at least one support element 24 .
[0054] In der Fig. 3 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform der Vorrichtung 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig. 1 und 2 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 1 und 2 hingewiesen bzw. Bezug genommen. 3 shows a further embodiment of the device 1, which may be independent in itself, with the same reference numerals or component designations as in the previous FIGS. 1 and 2 being used again for the same parts. In order to avoid unnecessary repetition, reference is made to the detailed description in the preceding FIGS.
[0055] Die Vorrichtung 1 umfasst wiederum ebenfalls die Tiegelwand 4, gegebenenfalls den Tiegeldeckel 15 und den aus der kristallinen Platte 13 gebildeten Tiegelboden 12. The device 1 in turn also comprises the crucible wall 4, optionally the crucible lid 15 and the crucible bottom 12 formed from the crystalline plate 13.
[0056] Die den Tiegelboden 12 bildende Platte 13 weist hier ebenfalls die Außenabmessung 19 auf, welche maximal einer von der Tiegelwand-Innenfläche 8 definierten Querschnittsabmessung entspricht. Weiters ist die Platte 13 bodenseitig in den Aufnahmeraum 11 eingesetzt. Die Außenabmessung 19 der den Tiegelboden 12 bildenden Platte 13 kann so gewählt werden, dass diese mit ihrer äußeren Umfangs-Stirnfläche 23 durchgängig und dichtend an der Tiegelwand-Innenfläche 8 anliegt. Die Platte 13 soll flüssigkeitsdicht an der Tiegelwand-Innenfläche 8 anliegen. The plate 13 forming the crucible bottom 12 also has the outer dimension 19 here, which corresponds at most to a cross-sectional dimension defined by the inner surface 8 of the crucible wall. Furthermore, the plate 13 is inserted into the receiving space 11 on the bottom side. The outer dimension 19 of the plate 13 forming the crucible bottom 12 can be chosen such that its outer peripheral end face 23 bears continuously and sealingly against the inner surface 8 of the crucible wall. The plate 13 should lie against the inner surface 8 of the crucible wall in a liquid-tight manner.
[0057] Im Gegensatz zu dem zuvor in der Fig. 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel sind hier keine Halteansätze 22 zur Positionierung der Platte 13 an der Tiegelwand 4 vorgesehen. In contrast to the exemplary embodiment previously described in FIG. 2, no holding lugs 22 for positioning the plate 13 on the crucible wall 4 are provided here.
[0058] Es ist hier vorgesehen, dass die Tiegelwand 4 und die den Tiegelboden 12 bildende Platte 13 gemeinsam auf einer allgemein als Stützvorrichtung 25 bezeichneten Komponente der Vorrichtung 1 auflagernd abgestützt sind. Die Stützvorrichtung 25 kann durch einzelne Stützelemente oder aber auch durch eine Stützplatte gebildet sein. Je nach Ausbildung der Stützvorrichtung 25 weist diese zumindest eine die Stützvorrichtung 25 in Richtung der Längsachse 7 durchdringende Durchsetzung 26 auf. Die zumindest eine Durchsetzung 26 dient dazu, wiederum den Einblick in den Aufnahmeraum 11 von dem zuvor beschriebenen Sensor 16 zu ermöglichen. So kann die Ermittlung oder können die unterschiedlichsten Ermittlungen mit den dazu ausgebildeten Sensoren 16 durchgeführt werden. It is provided here that the crucible wall 4 and the crucible bottom 12 forming plate 13 are supported together on a component of the device 1 generally referred to as a support device 25 overlying. The support device 25 can be formed by individual support elements or by a support plate. Depending on the design of the support device 25 , it has at least one penetration 26 penetrating the support device 25 in the direction of the longitudinal axis 7 . The purpose of the at least one penetration 26 is to allow the previously described sensor 16 to look into the receiving space 11 . In this way, the determination or the most varied of determinations can be carried out with the sensors 16 designed for this purpose.
[0059] So kann nicht nur die relative Lage der zuvor beschriebenen Grenzschicht 18 zwischen dem bereits ausgebildeten Saphir-Kristall „K“ und der Schmelze „S“ sondern oder zusätzlich dazu die Qualität und/oder Reinheit des bereits ausgebildeten Saphir-Kristall „K“ ermittelt werden. Sollte z.B. eine Fehlkristallisation und/oder eine Qualitätsabweichung festgestellt werden, kann der weitere Kristallisationsvorgang und das Aufschmelzen des Basismaterials 2 abgebrochen Thus, not only the relative position of the previously described boundary layer 18 between the already formed sapphire crystal "K" and the melt "S" but or additionally the quality and/or purity of the already formed sapphire crystal "K" be determined. If, for example, a faulty crystallization and/or a quality deviation is found, the further crystallization process and the melting of the base material 2 can be stopped
werden, wodurch ein hoher Anteil an Energiekosten eingespart werden kann. can be used, which saves a large proportion of energy costs.
[0060] Durch die im bodenseitigen zweiten Endbereich 6 zum überwiegenden Anteil nicht verschlossene und somit ebenfalls offene Ausbildung der Tiegelwand 4 kann die Entnahme des fertig hergestellten und auskristallisierten Saphir-Kristalls „K“ entweder durch den bodenseitig offen ausgebildeten zweiten Endbereich 6 hindurch, wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt und beschrieben, oder aber durch eine bodenseitig aufgebrachte Druckkraft (Entformungskraft) auf den fertig hergestellten und auskristallisierten Saphir-Kristall „K“ in Richtung auf den offenen ersten Endbereich 5 aus der Tiegelwand 4 heraus entformt werden. Due to the design of the crucible wall 4, which is largely not closed in the second end area 6 on the bottom side and is therefore also open, the finished production and crystallized sapphire crystal “K” can be removed either through the second end area 6, which is open on the bottom side, as in FIG 1 and 3, or be demolded from the crucible wall 4 out of the crucible wall 4 in the direction of the open first end region 5 by a compressive force (demolding force) applied to the bottom on the finished and crystallized sapphire crystal “K”.
[0061] Das Verfahren zum Züchten des künstlich hergestellten Saphir-Kristalls „K“ kann bevorzugt unter Verwendung oder Anwendung der Vorrichtung 1 mit der Tiegelwand 4 und der den Tiegelboden 12 bildenden Platte 13 aus dem kristallinen Material als Keimkristall durchgeführt werden. Es sind dabei zumindest folgende Schritte zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen: The method for growing the artificially produced sapphire crystal "K" can be preferably performed using the apparatus 1 having the crucible wall 4 and the crucible bottom 12 forming plate 13 made of the crystalline material as a seed crystal. At least the following steps are provided for carrying out the method:
- Bereitstellen der Tiegelwand 4, wobei die Tiegelwand 4 den offenen ersten Endbereich 5 und den in Richtung der Längsachse 7 davon beabstandet angeordneten bodenseitigen zweiten Endbereich 6 aufweist, und von der Tiegelwand 4 im Querschnitt bezüglich der Längsachse 7 gesehen die Tiegelwand-Innenfläche 8 und in der Tiegelwanddicke 10 davon beabstandet die Tiegelwand-Außenfläche 9 definiert wird, - Preparing the crucible wall 4, wherein the crucible wall 4 has the open first end region 5 and the bottom-side second end region 6 arranged at a distance therefrom in the direction of the longitudinal axis 7, and viewed from the crucible wall 4 in cross-section with respect to the longitudinal axis 7 the crucible wall inner surface 8 and in the crucible wall thickness 10 is defined at a distance from the crucible wall outer surface 9,
- Bereitstellen des Tiegelbodens 12, wobei der Tiegelboden 12 im bodenseitigen zweiten Endbereich 6 angeordnet wird, - Providing the crucible base 12, wherein the crucible base 12 is arranged in the base-side second end region 6,
- wobei von der Tiegelwand 4 und dem Tiegelboden 12 der Aufnahmeraum 11 zur Bildung des Saphir-Kristalls „K“ definiert wird, und - wherein the receiving space 11 for the formation of the sapphire crystal “K” is defined by the crucible wall 4 and the crucible bottom 12, and
- Bereitstellen des Basismaterials 2 zur Bildung des Saphir-Kristalls „K“ und Einbringen desselben in den Aufnahmeraum 11, wobei das Basismaterial 2 anschließend aufgeschmolzen und nachfolgend die Schmelze „S“ zu deren Verfestigung und Bildung des Saphir-Kristalls „K“ abgekühlt wird, und dabei - Providing the base material 2 for forming the sapphire crystal "K" and introducing it into the receiving space 11, the base material 2 then being melted and the melt "S" then being cooled to solidify it and form the sapphire crystal "K", And thereby
- der Tiegelboden 12 zu seinem überwiegenden Anteil, insbesondere vollständig, ausschließlich aus der Platte 13 aus einem bereits zuvor künstlich hergestellten Saphir-Kristall „K“ gebildet wird, und weiters - the majority of the crucible bottom 12, in particular completely, is formed exclusively from the plate 13 from a previously artificially produced sapphire crystal "K", and further
- von der den Tiegelboden 12 bildenden Platte 13 ein Keimkristall für den herzustellenden Saphir-Kristall „K“ gebildet wird. - A seed crystal for the sapphire crystal "K" to be produced is formed by the plate 13 forming the crucible bottom 12.
[0062] An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass auch mehrere Kristalle gleichzeitig in einem Ofen gezüchtet werden können, indem mehrere Tiegel 3 in dem Ofen angeordnet werden. So kann die Vorrichtung 1 mehrere Tiegel 3 umfassen. Werden mehrere Kristalle gleichzeitig in einem Ofen gezüchtet, so wird das hier beschriebene Verfahren für jeden Kristall durchgeführt. Die gleichzeitige Zucht mehrerer Kristalle in einem Ofen ist vor allem hinsichtlich des Energiebedarfs vorteilhaft. At this point it should be pointed out that several crystals can also be grown simultaneously in an oven by arranging several crucibles 3 in the oven. The device 1 can thus comprise a plurality of crucibles 3 . If several crystals are grown in a furnace at the same time, the procedure described here is carried out for each crystal. The simultaneous cultivation of several crystals in one furnace is particularly advantageous in terms of energy consumption.
[0063] Mittels des zuvor beschriebenen Sensors 16, gegebenenfalls in Kombination mit der Steuerungsvorrichtung 17, kann vom Sensor 16 durch die den Tiegelboden 12 bildenden Platte 13 hindurch z.B. die relative Lage der Grenzschicht 18 zwischen dem bereits erstarrten Saphir-Kristall „K“ und der Schmelze „S“ ermittelt werden. By means of the sensor 16 described above, optionally in combination with the control device 17, the sensor 16 can detect, for example, the relative position of the boundary layer 18 between the already solidified sapphire crystal “K” and the plate 13 forming the crucible bottom 12 Melt "S" can be determined.
[0064] Dies deshalb, da die den Keimkristall bildende Kristall-Platte zumindest durchsichtig oder durchscheinend bis hin zu glasklar ausgebildet ist. Deshalb wird ein Durchtritt von vom Sensors 16 ausgesendeten oder abgegebenen Messstrahlen durch die Platte 13 hindurch ermöglicht. This is because the crystal plate forming the seed crystal is designed to be at least transparent or translucent up to crystal clear. It is therefore possible for measuring beams emitted or emitted by the sensor 16 to pass through the plate 13 .
[0065] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden. Finally, for the sake of order, it should be pointed out that, in order to better understand the structure, some elements are shown not to scale and/or enlarged and/or reduced.
BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST
1 Vorrichtung 1 device
2 Basismaterial 2 base material
3 Tiegel 3 crucibles
4 Tiegelwand 4 crucible wall
5 erster Endbereich 5 first end area
6 zweiter Endbereich 6 second end area
7 Längsachse 7 longitudinal axis
8 Tiegelwand-Innenfläche 9 Tiegelwand-Außenfläche 10 Tiegelwanddicke 8 crucible wall inner surface 9 crucible wall outer surface 10 crucible wall thickness
11 Aufnahmeraum 11 recording room
12 Tiegelboden 12 pan bottom
13 Platte 13 plate
14 Plattenstärke 14 plate thickness
15 Tiegeldeckel 15 crucible lids
16 Sensor 16 sensors
17 Steuerungsvorrichtung 18 Grenzschicht 17 control device 18 boundary layer
19 Außenabmessung 19 external dimension
20 Heizvorrichtung 20 heater
21 Außenabmessung 21 outside dimension
22 Halteansätze 22 attachment points
23 Umfangs-Stirnfläche 24 Stützelement 23 perimeter face 24 support member
25 Stützvorrichtung 25 support device
26 Durchsetzung 26 Enforcement
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA51152/2020A AT524311B1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Apparatus for growing an artificially produced sapphire crystal |
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Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0710679A (en) * | 1993-06-25 | 1995-01-13 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Production of single crystal |
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