藍寶石生長過程中重量周期性變化的分析

王軍+孫曙光

摘 要：藍寶石晶體由于其優異的物化性能被廣泛應用于電子及光電子產業領域。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集團有限公司自主開發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生產過程中，更好控制生長爐的質量和效率，從而增加藍寶石生長的可控性。

關鍵詞：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

藍寶石晶體具有優異的物化性能，是微電子及光電子產業的重要基礎材料，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，江蘇能建機電實業集團有限公司自主開發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，經常在某段時間內生長特別快，而又在某段時間內生長特別慢，這種現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據、生產趨勢圖，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展，現在是出現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據變化，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號的數據，看看重量是如何變化，如圖5所示。

我們發現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、減小時間節點基本吻合，14#的數據變化減小時的比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下波峰管產生了拉力，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，如果發現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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