第四章 熔体中的晶体生长技术(提拉法)VIP专享VIP免费

&4.3提拉法生长工艺1提拉法生长设备介绍2提拉法生长工艺介绍3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7提拉法生长宝石晶体的鉴别8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）LlL晶体等径生长时对应的弯月面角为：当时，直径扩大；反之，缩小。0LL的大小取决与材料的性质，不为的意味着晶体与熔体之间是非完全浸润的。弯月面光反射法：back•c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B2O3back•d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back•e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。max()[(1)exp()]()((1)eellBefDkkcTDfmckz对于掺质的材料max()()sssKKTflz为晶体的对于纯材：导热率料maxf极限生长速率：back•3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...