熔体中的晶体生长技术(提拉法)

《熔体中的晶体生长技术(提拉法)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、&4.3提拉法生长工艺提拉法生长设备介绍提拉法生长工艺介绍提拉法生长晶体实例－稀土镓石榴石4提拉法生长晶体实例－蓝宝石提拉晶体界面翻转的控制5提拉法生长晶体实例－单晶硅的缩颈工艺6提拉法生长晶体缺陷的形成与控制提拉法生长宝石晶体的鉴别几种宝石鉴别提拉法生长仿祖母绿合成品提拉法生长无色蓝宝石1提拉法生长设备介绍YAG生长设备1.保温加热系统3.坩锅传动系统气氛控制系统2.后热器后热器的主要作用是调节晶体和熔体之间的温度梯度。2提拉法生长工艺a生长过程。b直径自动控制。（ADC技术）c材料挥发的控制。d温场的选择与控

2、制。e生长速率的控制。3提拉法生长晶体实例－稀土镓石榴石（GGG）a生长过程b直径自动控制（ADC）backc材料挥发的控制高温下材料的挥发，改变了熔体的化学配比，造成熔体某成分的过剩，组分过冷的改变等一系列影响。因此，人们发展了液相覆盖技术和高压单晶炉。覆盖物质应具有以下性质：密度小于熔体的密度，透明，对熔体、坩埚和气氛是化学惰性的，能够浸润晶体、熔体和坩埚，并具有较大的粘度。目前，最好的覆盖物质是熔融的B2O3backd温场的选择与控制为克服组分过冷，需要有大的温度梯度；为防止开裂、应力和降低位错密度，需要小

3、的温度梯度。因此，所谓合适的温场没有一个严格的判据。一般来说，对于掺质的需要大的温度梯度（特别是界面处）；而不掺质的或者容易开裂的，采用小的温度梯度。因此，合适的温场的选择和控制，只能根据材料特性作出初步判断，通过实验加以解决。加大温度梯度方法：缩小熔体和熔体上方空间的距离（轴向距离）减小温度梯度的方法：采用适当的后热器backe生长速率的控制提拉速度不能超过临界值，该临界值决定于材料的性质和生长参数。例如：晶体热导率Ks较高的材料比Ks较低的材料（氧化物或者是有机物）可有较大的生长率。生长参数：界面翻转、晶体内

4、所允许的最大热应力fp宏观生长率fo大于晶体的提拉速率fo≈(R2/R2-r2)fpR和r分别为甘埚和晶体的半径。back3提拉法生长晶体实例－稀土镓石榴石（GGG）石榴石主要包括的六种矿物：（1）镁铝榴石（Pyrope），也叫红榴石（2）铁铝榴石（Almandine），也叫贵榴石（3）锰铝榴石（Spessartite）（4）钙铝榴石（Grossular），水钙铝榴石（5）钙铁榴石（Andradite），含Cr叫翠榴石（6）钙铬榴石（Uvarovite），也叫绿榴石天然石榴石YIGYIG人工合成GGG天然形成的石

5、榴石主要是金属的硅酸盐例如：Ca3Fe2[SiO4]，Mn3Al2[SiO4]3．人工研制的石榴石，如钇铁石榴石(YIG)、钇铝石榴石(YAG)和钆镓石榴石(GGG)等.以上三大类人工石榴石，即由稀士(Yt,Nd）和铁、铝、镓（Ga）分别完全取代天然石榴石中的金属元素和硅，所形成的稀土铁石榴石、稀土铝石榴石和稀土镓石榴石．在这三类稀土石榴石中，稀土铁石榴石(YIG)不透明，难以用作装饰品；稀土铝石榴石(YAG)存在折射率不够高，不易掺质．稀土镓石榴石(GGG)由于其本身的结构特点，不但能进行多种形式的掺质，而且通

6、过辐照还可以形成稳定的色心，使其单晶体呈现绚丽多彩的漂亮颤色，最适宜作为装饰宝石材料。常用的掺质元素为：Cr,Co,Ni等过渡族元素氧化物和稀土Nd,Er的氧化物。石榴石生长的主要方法在于原料的区别和是否考虑掺杂问题，一般生长过程包括以下几个方面：a原料准备b保护气氛c生长条件d掺杂生长e晶体的透过率与颜色a原料准备:Ga2O3（氧化镓）Gd2O3（氧化钆）经过焙烧，脱水，按照比例配料，混合后经压机压紧后在1250℃进行固相反应，充分反应后的原料可供晶体生长使用。b保护气氛：GGG的熔点为1750摄氏度，一般采用

7、铱坩埚，但铱坩埚存在氧化的问题。因此加入高纯氮气和2%的氩气。c生长条件：提拉速度一般在5-10mm/h范围内。若掺质或生长大直径的晶体，要放慢生长速度。生长最合适的方向为＜111＞d掺杂生长：掺质生长存在一个分凝问题。分凝系数有的大于1有的小于1，因此掺质的浓度也不同。e晶体的透过率与颜色：纯GGG和掺杂Cr3＋纯GGG和掺杂Co3＋纯GGG和掺杂Nd3＋4提拉法生长晶体实例－蓝宝石提拉晶体的放肩控制蓝宝石单晶的应用非常广泛。以蓝宝石单晶片作绝缘村底的集成芯片，航天工业作红外透光材料用得最多；工业中作宝石轴承、

8、仪表等；人们生活中作宝石表面、装饰等。提拉法生长的蓝宝石单晶适用于红外、半导体发光及集成电路的大量需要。原料：白色合成蓝宝石碎块＋TiO2+Fe2O3，TiO2、Fe2O3配比视颜色而定。工艺参数：2050℃以上，转速：10－15r/min,提拉：1－10mm/h放肩过程中在dt时间内凝固的晶体质量为：r表示放肩生长出晶体的半径。上面方程表明在拉速和熔体中温度梯度不变的情