蓝宝石长晶法之热交换法

        作者:Mark浏览次数: 日期:2011年7月3日 21:18

        摘要:

        蓝宝石晶体生长热交换法是时下三大主流长晶方法之一(其余两种为泡生法和提拉法)本文通过附图主要介绍了热交换法的基本过程和注意事项,详解了热交换法较之其余两种蓝宝石长晶法的优劣

        蓝宝石晶体生长热交换法 Heat exchange method (HEM)

        热交换法的实质是熔体在坩埚内直径凝固。

        它与坩埚移动法的区别是在这种方法中,坩埚不做任何方向的移动。这是近年来生长大尺寸晶体的又一发展。Schmid最初的生长是在一个梯度单晶炉内进行,用以生长大尺寸白宝石单晶。右图所示的是这种方法的示意图。该梯度炉就是在真空墨电阻炉的底部装上一个钨铝制成的热交换器,内有冷却氦气流过。把装有原料的坩埚放在热交换器的顶端,两者中心互相重合,而籽晶置于坩埚底部的中心处(注意,热交换器与坩埚底面积之比应有一定的比例),当坩埚内的原料被加热熔化以后,此时,由于氦气流经热交换器冷却,使籽晶并未熔化,当氦气流量逐渐加大后,则从熔体带走的热量亦相应增加,使籽晶逐渐长大。最后使整个坩埚内的熔体全部凝固。蓝宝石晶体生长热交换法整个晶体生长过程分两个阶段进行,即成核阶段和生长阶段。在这个过程中晶体生长的去的驱动力来自固—液界面上的温度梯度。通过调节石墨加热器的功率,可达到调节熔体温度的目的。而晶体的热量可通过氦气的流量带走。因此,在生长过程中,晶体的生长界面上可以建立起所需要的温度梯度。

        这种方法的主要优点如下:

        1)热交换法中晶体生长时,坩埚、晶体和加热区都不移动,这就消除了由于机械运动而产生的熔体涡流,控制热交换器的温度,是晶体生长在温度梯度场中进行,抑制了熔体的涡流和对流,可以消除固—液界面上温度和浓度的波动,以避免晶体造成过多的缺陷。

        2)热交换法中刚生长出来的晶体被熔体所包围,这样就可以控制它的冷却速率,以减少晶体的热应力及由此产生的开裂和位错等缺陷。同时,也可以长出与坩埚形状和尺寸相仿的单晶。

        这种方法的缺点:

        1热交换法生长晶体的周期较长,例如,Schmid生长32cm直径的白宝石单晶约需一周左右的时间。

        2)热交换法长晶结束后取出晶体的过程对坩埚损耗较大。也就是我们通常所说的“砸锅”问题。因此蓝宝石晶体生长热交换法生长的晶体尺寸必须控制在相当大才能最大程度的获利。

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        该资讯的关键词为:蓝宝石晶体生长热交换法  泡生法  提拉法  砸锅  坩埚