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漯河-于倩倩属于晶体宝石 【范文十篇】
属于晶体宝石
范文一：蓝宝石晶体 ( 12:12:50)
标签： 杂谈
蓝宝石（Sapphire,国内又称白宝石，分子式为Al2O3）单晶X射线衍射结构属六方晶系，硬度莫氏9级，是一种优秀的多功能材料，具有一系列独特的理化性能，良好的电绝缘性、热导性及化学稳定性，介电常数小，介质损耗低，特别是它在0.18μm～5.5μm波段具有良好的透过率。
蓝宝石因其在化学、电学、机械、光学、表面特性、热力学及耐久性等方面所具有的优越特性，其在高性能光学系统和零件时得到广泛采用。蓝宝石晶体更是红外军用装置、、卫星空间技术、探测和高功率强激光等的首选窗口材料。另一方面由于蓝宝石晶格结构，其是目前GaN基LED衬底中使用最为广泛的材料。
六方晶系通常采用4个弥勒指数，即（hkil）来表示晶向和晶面，有一个6次对称轴或者6次倒转轴，该轴是晶体的直立结晶轴C轴，另外三个水平结晶轴正端互成120度夹角。 蓝宝石晶体的特征结构导致蓝宝石晶体生长工艺变成了一种艺术。在蓝宝石特征结构中已经被证实存在的主要有以下滑移系（以易发生的可能次序排列）：
{10-10} ；
{11-20} ；
{10-10} ；
{11-21} ；
{22-43} ；
以上的几个滑移特性决定了蓝宝石在其建立的温场中进行晶体生长时需要采用不同的晶体生长方向。
要建立蓝宝石晶体生长的温场首先需要了解蓝宝石晶体的物化性能。蓝宝石晶体对红外波段的高透过是其特色，也正是这一特色决定了要建立适合生长蓝宝石晶体的温场更确切的说是建立适合蓝宝石晶体生长的生长界面，将必然存在不可避免的问题。
如何选择蓝宝石晶体生长方向？以上足以说明。
范文二：利用CGSim对泡生法蓝宝石晶体生长工艺的数值模拟分析和优化
以下展示的是使用CGSim软件对泡生法生长无色蓝宝石晶体的数值模拟结果。其中采用的独特的计算方法包括：在结晶区的计算涉及到蓝宝石熔体的湍流、气体的层流、在半透明晶体的辐射换热，包括边界上的镜面反射、内部吸收和散射。
数值模拟对于分析和优化晶体生长系统极为有效，因为它为我们提供了通过观察或测量难以得到的信息，例如熔体内和生长中的晶体内的温度分布。尝试采用一种简化的模型，无视晶体的半透明性和熔体的流动，将给出不切实际的结晶前沿形状和晶体/熔体界面温度梯度。在考虑蓝宝石的半透明性时，我们使用文献[2]提出的离散传递法，解决在镜面菲涅尔边界的复杂区域轴对称区域的辐射传输问题。
泡生炉的整体传热受到
钼隔热层的数量和几何
参数的强烈影响。热屏
和其他绝缘块被固定在
炉体侧壁上方和底部
（见图1）。热屏设计的
目标是建立一个围绕坩
埚和生长晶体的最佳温
度分布热区。坩埚中的
温度分布将决定熔体的
流动结构并影响结晶前
沿形状，晶体周围部件
的温度也将影响结晶前
沿形状和晶体的热应力。图1 泡生炉的整体热场
利用现有的实验数据对模拟进行了验证。模拟成功地再现了实验中观察到的轮辐状模式，如图2
图2 三维非稳态模拟预测的熔体自由表面温度分布（右）和实际熔体表面照片（左，照片由Crystal DevelopmentCompany, Moscow提供
) 图3（右图）示出通过模拟预测的结晶
形状与实验观察的一致性，表明模拟结
果准确反应了晶体和熔体中的温度和热
通量，这确保了对于在晶体中引起位错
的热应力的模拟预测。
工业应用实例
改进泡生炉的热区，以减少结晶前沿的热梯度，带来了更高的产率和更好的晶体质量。
使用CGSim软件模拟，考虑炉体的几种不同结构[1]。在最初的结构，熔体流动有两个旋涡（模型1）。较大涡占据熔体的核心区，较小涡在横向生长阶段靠近熔体自由表面，在圆柱形生长阶段消失，如图4和图5。
http://www./products/CGSim/Kyropoulos_Sapphire/
这种流动模式直接向结
晶前沿提供了高温热熔
体，导致液固界面大的
温度梯度。在考虑几个
改进的热区后，我们找
到一种单晶炉结构，能
够提供一个旋涡的熔体
（模型2）流动结构。这
种流动使熔体在趋于结
晶前沿时逐渐降温。从
而使结晶前沿的温度梯
度下降达30
图5（右图）示出晶体形
状的演变：左为改进1，
改进前，晶体的上半部有
明确的晶体直径缩小区，
这可能是由于重熔或结晶
速度减慢造成。改进后，
主要的重熔区消失，如图
6所示。图4 改进前（a）和改进后（b）晶体中的温度梯度、熔体和坩埚中的温度、
以及熔体中的流场
图6 改进前和改进后的晶体生长形状（图片由
作为改进后的模拟结果，晶体内的热应力和温度梯度也同时下降。图7给出优化前和优化后的冯米塞斯应力分布的比
图7 优化前（左）和优化后（右）的冯米塞斯应力分布
晶体质量的改进已经由实验证实。例如，对于接近重熔区的晶圆样品的表面形貌和光学调查表明，改进后在R平面的位错密度从103cm2降至102cm2，详情见图8、图9和[3]
Figure8ThedislocationdensityinmorphologicalR-planebeforeand
modifications
Figure9Theopticalnonuniformityinthepolarizedlight, theplane
范例：250毫米直径坩埚蓝宝石生长的三维模拟
成功的籽晶生长只有在熔体存在明显的从自由表面下降的对流时实现，向上的熔体对流会导致籽晶重熔。熔体对流和结晶的三维非稳态模拟有助于找到平稳的籽晶和放肩阶段的最佳加热条件。图10-11描述了从籽晶开始到放肩阶段的熔体流动的快速转换[4]
Figure10 3D unsteadymodelingofheattransfer, meltflow, andcrystallizationbeforeseeding, atseedingstage, andatshouldering
Figure11 Animationofthetemperaturedistributionoverthemeltfreesurfacebeforeseeding(left), atseedingstage(center), and
atshoulderingstage(right).
1."NumericalanalysisofsapphirecrystalgrowthbytheKyropoulostechnique", S.E.
Demina, E.N. Bystrova, M.A. Lukanina, V.V. Kalaev, V.M. Mamedov,V.S. Yuferev, E.V. Eskov, M.V. Nikolenko, V.S. Postolov, tobepublishedinJournalofOpticalMaterialsin 2006.
2."Numericalsolutionofproblemswithradiationtransferinaxisymmetricareasof a complexshapewithspecularFresnel's", V.M.Mamedov, S.?. Rukolaine, Math. Modeling, vol. 16, 10 (2004) pp.15-28
3. "NumericalanalysisofsapphirecrystalgrowthbytheKyropoulostechnique", S.E. Demina, E.N. Bystrova, M.A. Lukanina, V.V. Kalaev, V.M. Mamedov, V.S. Yuferev, E.V. Eskov, M.V. Nikolenko, V.S. Postolov, Presentation, ICCG15, Salt-LakeCity, August12–17, 2007
4. "Analysisofmeltflowandcrystallizationduringlarge-scaleKyropoulossapphiregrowth", SvetlanaDemina, VladimirKalaev, PresentationduringACCGE-17, August9 –14, 2009, GrandGenevaResort, LakeGeneva, Wisconsin
范文三：蓝宝石晶体、基片相关产业调研
一、蓝宝石晶体、基片产业意义和重要性
蓝宝石Sapphire(分子式为Al2O3)晶体是一种具有集优良光学性能、物理性能和化学性能的独特结合体。作为最硬的氧化物晶体，蓝宝石由于其光学和物理特性而被运用于各种要求苛刻的领域。蓝宝石可以在高温下保持其高强度、优良的热属性和透过率。它有着很好的热特性，极好的电气特性和介电特性，并且防化学腐蚀。随着科学技术的迅猛发展，蓝宝石（Al2O3）晶体已经成为现代工业，尤其是微电子及光电子产业极为重要的基础材料。
光电子产业作为21世纪最大、最活跃的产业之一，在促进国民经济和科学发展中起到了重要的作用，在国际高科技竞争及国家安全方面具有极其重要的意义，一些国际著名科学家也纷纷预言，光电子技术发展将为工业和社会生活带来无以限量的冲击波，并预示光电子时代即将到来，其规模和社会的影响力将占越来越重的比重。蓝宝石（Al2O3）晶体是现代工业重要基础材料。除被军用红外装置、导弹、潜艇、卫星空间技术、探测和高功率强激光等尖端科技广泛应用外，它还为微电子、光电子，半导体、光通信、信息显示、精密机械、国防军事及国内外重大科学工程等众多热点领域
技术发展尤其是蓝（白）光LED照明产业提供了窗口材料。
二、蓝宝石衬底基片技术
（一）中科院上海光机所：该所在蓝宝石晶体材料研究方面世界排名第七，中国排名第一，是我国晶体材料研发基地和材料科学高级人才培训基地。获得三项国家科技进步奖、数十项国家级奖励和六项核心专利技术。
目前世界上只有极少数国家能生长出满足衬底质量和尺寸要求的Al2O3晶体。中科院上海光机所从事蓝宝石晶体材料研究已有20多年的历史。70年代末，上海光机所创立了导向温梯法(TGT)，88年获得专利权。在“八五”和“九五”863计划的支持下，成功生长出具有国际领先水平的钛宝石和蓝宝石晶体，常规钛宝石、标准化蓝宝石衬底由50X0.4mm已达到产业化水平。更大尺寸(第二代和第三代)的蓝宝石衬底和特殊要求的钛宝石晶体正在发展之中。该所采用具有自主知识产权的温梯法批量生产F2-3英寸蓝宝石衬底基片，拥有数项核心专利，曾获得2003年度国家科技进步奖。
F2-3英寸蓝宝石衬底基片项目技术创新点：
（1）、采用氢气氛中感应加热钼钳埚提拉法生长Φ2-3
英寸外延用蓝宝石衬底晶体，解决了长期以来钼钳埚生长技术由于“钼衣”问题而不能产业化的难题，这一创新大大降低了蓝宝石基片的成本，具有重大技术经济意义。
（2）、首次使用电子束技术提纯AL203材料达到ppm 级，保证低“杂质效应”优质蓝宝石的产品质量。
（3）、自主开发成功计算机自控上称重晶体生长技术，解决了晶体生长等径自控问题，明显提高了产品成品率。
（4）、突破了国际上公认的高掺杂的难关，蓝宝石晶体的弱吸收和光学均匀性、Ti:al203晶体的掺杂浓度和峰值吸收系数等处于国际领先水平，成为继美国之后，能提供实用化优质晶体的国家。
2、大尺寸优质蓝宝石晶体衬底材料
70年代末，上海光机所创立了导向温梯法（TGT），88年获得专利权。在“八五”和“九五”863计划的支持下，用温梯法成功生长了尺寸达Φll5x80mm3的大尺寸优质蓝宝石晶体，晶体外形完整，等径部位不开裂。分析比较了不同纯度的Al2O3原料对晶体质量的影响。建立了特殊的高温退火装置，耐火温度＞1600℃。通过以上工艺，已经成功地解决了蓝宝石晶体的着色现象，并极大地减小了晶体的光吸
收。较好地解决了大尺寸蓝宝石晶体的加工问题，面形精度获得明显提高。本项目生产出的蓝宝石晶体具有国际领先水平，标准化蓝宝石衬底φ50X0.4mm已达到产业化水平，更大尺寸（第二代和第三代）的蓝宝石衬底和特殊要求的钛宝石晶体正在发展之中。
目前四英寸蓝宝石晶体的研制取得以下研究成果：
（1）、稳定生长尺寸≥Φ120x80mm的优质Al2O3晶体，成品率≥80％；
（2）、大面积光学均匀性Δn＜10-5；光损耗＜10-4/cm；
（3）、位错密度：≤5xlo2/m2；双晶衍射摇摆曲线： FWHM≤20" ；
（4）、美国 LIGO工程对于我研究小组生长的大尺寸蓝宝石晶体Φll0×80mm进行了1064nm处的弱吸收测试，结果：吸收系数为35－65pp/cm，优于美国 CRYSTAL SYSTEM Inc.（CSI）公司提供的样品（80ppm/cm）。通过改进生长工艺，建立更合适的温度梯度，有效地提高了蓝宝石晶体的光学均匀性，PV值达17nm，优于美国CSI公司的30nm；
（5）、已向美国国家自然科学基金委重大项目LIGO计划提供大尺寸蓝宝石晶体样品，并己提出了第二期研究计划；
（6）、向国内从事GaN的研究单位提供各类蓝宝石衬底基片100多片；
（7）、将向国家反导、反卫星“氧一碘强激光工程”项目提供5块Φ100mm左右的大尺寸晶体作强激光窗口。
该项研究现处于小批量生产阶段，氮化镓是继硅单晶之后，人类所发现的最重要的新材料，其市场刚刚启动，1998年市场销售额年5亿美元，1999年9亿美元，目前每年正以40%的速度迅速增加。它所需要的蓝宝石衬底，将以同样的增速发展，市场前景十分可观。 仅氮化物半导体所需衬底材料，每年约需100万片（φ50X0.4mm），1999年市场销售额0.6亿美元；2000年1亿美元。
已取得的经济和社会效益：自“九五”立项以来，实验室阶段：向美国、日本、法国、以色列等国家和地区出口钛宝石激光棒100多根和蓝宝石晶体。出口创汇20多万美元，国内创汇30万人民币。成为继美国之后能提供实用化优质大尺寸蓝宝石晶体的国家，代表了我国在此领域的地位和水平。售额0.6亿美元；2000年1亿美元。
（二）中科院长春光机所：由中国科学院长春光机所、厦门大学共同承担的国家自然科学基金委员会重点项目“氧化锌基单晶薄膜材料、物性及器件研究”，经过两年的刻苦攻关，在国内率先获得了氧化锌同质结的电致发光，并
且在国际上首次实现了蓝宝石衬底生长的氧化锌二极管室温电致发光，为今后氧化锌蓝紫外发光和激光二极管的发展奠定了实验基础。此外，项目组采用分子束方法，通过优化生长工艺，制备出了高质量氧化锌单晶薄膜，并观测到了强的自由激子发光。在此基础上，采用不同的气源，通过原位调节反应粒子种类，在蓝宝石衬底上成功制备出了氮掺杂的p型氧化锌薄膜，进而获得氧化锌同质pn结。
由于短波长激光器对提高光通信的带宽、光信息的存储密度和读取速度有重要的意义，并且在半导体白光照明、医学及生物等高科技领域具有广泛的用途，所以氧化锌的研究引起了全世界科学家的高度重视。继上世纪90年代初氮化镓蓝光二极管研究取得突破进展后，氧化锌成为人们获得蓝/紫外发光和激光的新型半导体光电子材料，并已经成为国际前沿领域的热点课题。和氮化镓相比，氧化锌具有更高的热稳定性和化学稳定性，对环境友好，对衬底没有苛刻的要求，并且可以用多种方法来制备氧化锌薄膜，生长所需的衬底温度也比氮化镓低的多，其很高的激子束缚能，使得其在室温下会获得高效的紫外激子发光和激光。自1996年香港科学家首次报道了氧化锌薄膜室温下的近紫外光泵浦受激光发射以来，氧化锌的研究虽然取得了一些进展，但由于强的自补偿效应，高质量p型氧化锌的制备成为阻碍氧化锌发展的一个难题。直到2004年，日本的研究组才在铝镁酸钪
衬底上获得了氧化锌同质pn结的电致发光。
三、产品市场前景
（一）在氮化物半导体的应用方面
2000年，蓝宝石（Al2O3）仅做为氮化物半导体的衬底市场规模US$1.5亿，至2040年，其国际市场将保持>40%左右的增速。如果考虑白光LED部分用作照明，其市场潜力巨大。Boston大学D. Fraser教授预测，低功率蓝光LED、LD将成为80亿美元市场的彩色复印机、打印机和传真机的关键元件，并将使100亿美元的光存储市场有重大突破。国内已建立和在建的氮化镓（GaN /Al2O3）外延片生产线有6条，其芯片和配套下游产品（封装等）国内也已有一定规模，将在未来2-3年内形成产业链，但所用蓝宝石衬底基片均从国外进口。
（二）在蓝（白）光LED的应用方面
2002年蓝宝石衬底基片市场已发展到30亿美元，2003年34亿美元，年复增长率12%。有关专家预测：到2007年市场规模将会达到50亿美元。因蓝（白）光LED和普通照明灯相比，发光亮度提高15倍，使用寿命提高50倍。目前世界著名照明行业的生产商（Orsam,菲利浦等），都在投资
蓝（白）光LED产业，因为传统照明的市场将迅速消失，LED照明市场将无限扩大。目前，中国、美国、日本、韩国、德国、台湾地区等，都制定了蓝（白）光LED的发展计划及扶持政策，大力支持LED的产业发展。国内外有关专家预测，蓝宝石衬底基片的市场生命力最少将保持50年以上。
（三）在高亮度发光二级管的应用方面
由于蓝宝石的绝缘性好，介电损耗小，耐高温，耐薰硷腐蚀。导热性好，在机械强度足够高。且能加工成平整的表面。透光波段宽。因此广泛用于工业，国防，科研多个领域(如耐高温红外线窗口等)。同时也是一种用途广泛的发光二极管 (HB LED) 的上好的衬底材料。在生成的发光二极管是最有前途成为高亮度发光二极管族类中蓝宝石衬底基片所下一代日光灯光源的半导体发光器衬底材料。目前这些高亮度的发光二极管已经被广泛地应用在广告、交通灯、仪表灯；及手术灯等领域。随着高亮度发光二极管应用的日益广泛，中国2002年消耗了100亿粒高亮度发光二极管。目前，衬底片的生产厂家主要集中在美国、日本及俄罗斯，国内主要是中科嘉浦的竞争，全球市场需求量在100万片以上。
范文四：宝石晶体化学成分
信息来源：鑫万福喜钻
来源地址：/article.php?id=23127
多数天然珠宝是在特定的地质作用和物理化学条件下，化学元素相互结合的产物。珠宝的特征，从根本上说决定于构成元素本身的性质。因此，化学成分对了解珠宝的特征、开展珠宝优化处理和合成，以及对珠宝进行鉴定与评价等，都具有重要的意义。
组成珠宝的常见元素有30多种，而多数宝石主要由其中8种元素组成，其他元素主要呈微量组分存在。主要化学成分决定着珠宝的矿物学特征、结晶学特征和物理特征，微量成分对珠宝而言十分重要，它们可能在很大程度上决定着珠宝的价值，多数珠宝的颜色成因主要归结于以微量成分存在的过渡金属元素Sr,Ti, V. Cr, Fe, Co, Ni, Cu等。如翡翠、祖母绿等均因为含微量的Cr元素，使宝石呈艳丽的绿色而价值连城。有时微量元素还决定于珠宝的品种.如刚玉中若含微量Cr元素而显红色，即为红宝石;若含Fe, Ti等微量元素将显蓝色等， 即为蓝宝石.因此，在鉴赏珠宝时，掌握珠宝的主要成分和微量成分特征均具有极为重要的价值。
在宝石学中，一些珠宝矿物由单一的元素组成，这种珠宝矿物称为单质，如钻石，它就是由C元素组成的，金也如此。但更多的珠宝矿物是由两种或两种以上元素按一定比例通过化学作用形成的，这些珠宝矿物称为化合物，它具有能用化学分子式表示的固定组分，如绿柱石，主要是由Be, Al, Si, 0元素结合形成的化合物，其固定组分可表示为:Be3A13(Si03)6。
在各种珠宝中，常见的化合物有以下几种：
1硫化物及其类似化合物:
为一系列金属元素与S, Se, As等元素相结合而形成的化合物，代表的宝石有:白铁矿FeS2、黄铁矿Fe岛和辰砂HgS等。
2氧化物类:
由一系列金属和非金属元素与氧结合而形成的化合物。代表的宝石有刚玉A2O3、赤铁矿FeO3、欧泊SiqnH2O、水晶SiO2、金红石TiO2,锡石SnO2等.属于复杂氧化物的宝石有尖晶石(Mg, Fe) A120，和金绿宝石BeAl2O3。
3卤化物类:
由金属元素与卤族元素相结合而形成的化合物。代表的宝石有萤石CaF2 。
4碳酸盐类:
由金属元素与碳酸根离子相结合而形成的化合物。代表的宝有萤石CaF2 0石有孔雀石CuC03Cu (OH)2、汉白玉CaC03、珍珠CaC03、珊瑚CaCO2等。
5磷酸盐类:
由金属元素与磷酸根结合形成的化合物。代表宝石有绿松石CuAI6 (PO3), (OH),·5H2O、天河石(Fe,Mg)A12(OH)2(PO)等。
6硅酸盐类:
是由一系列金属元素与硅酸根结合形成的化合物，代表宝石有:错石ZrSiO,橄榄石(Mg, Fe)2 SiO3、石榴子石L3M2 (SiO2) 3(在铝榴石系列中，L可能是Mg,Fe,Mn,M永远是Al;在钙榴石系列中，I_永远是Ca, M可以是Cr,A1和Fe)、托帕石AL2 SiO2 F2 ,相石CaTi(SiO3)O、十字石Fe2 Al9(SiO4) O6 (OH)、绿柱石Be， A12 (Si03 ) 6 1荃青石A13 (Mg, Fe)2 (A1Si; 01,I)、电气石Na(Mg,Fe, Mn, Li, Al )3 Alb (Si03 )6 (B03 )3 (OH, F),硬玉NaAI (SiO3 )2、软玉CaMg5(OH)2(SH4 O11)、月光石(K,Na)A1Si3O8，等等。
在研究或鉴赏珠宝时，还要注意化合物与混合物的区别。化合物是通过化学作用形成的，同时也只能通过化学作用来分离。而混合物是通过物理过程混合而形成的.同样可通过物理过程来分离.最简单的实例是盐和铁屑的混合物可通过两种简单的物理方法来将它们分开:一是利用磁铁可吸起铁屑而留下盐;二是用水可溶解盐而留下铁屑。
在宝石学中，由混合物构成的珠宝是很多的，许多玉石就是由各种矿物混合胶结而成的混合物，这也是区分宝石和玉石最重要的特征之一如翡翠就主要是由硬玉，另加少量角闪石、钠长石等矿物组成的混合物。
范文五：维普资讯 tthp://wwwc.qvp.cio
第３ ５ 第卷 ２期
　２００ ６年 ４ 　月
工　 晶　 体　 学
　Ｖ０ ． ５
ｏ Ｎ ２１３　
　 ．ｏＡ ｉ ．０
６ ２ ０ｒ　 ｌ
Ａ 　Ｆ ０ＮＴＹ 　 　 ＲＣＴ
ＳＬ Ｓ 　ＥＨＨＣ Ｙ ＡＬ 　
长 生方 向 研究　于旭 东
（ 江巨浙兴光学料材有公限司
，州 ３衢４
４摘：要本实验采用 拉法，提 中在频应感热单晶加炉， 进行了内同不生长向方宝蓝晶石体生的工作， 长分别取 １［ 　ｏ１
２［ 和０１ 生 长的晶体ｃ
Ｏ （１的晶 片。通过力应 仪 ０、 ０ ］ 面Ｏ Ｏ 显微）观测和ｘ
线射衍 射等式对 方片 晶位错 的度密等观缺　微陷 及以晶结体构进 行了检测 实验表 明。：
　同的生长方：向 生长 到 得蓝的宝 晶体石的
质量在 一定 存的差别
一， 般情 　况下
１－０ 方，向生 长的
蓝石宝晶体
质 量于 ［Ｏ优
１ 向生长方 的晶体。
１［ ２ ］ＯＯ］ 　
关词 键 提拉法： ； 生方长向； 位错
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ｔ ｅ ｏ ｉｉ ｃ ｔ 　 ｅｓ
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言　 引　 　
宝蓝晶石（／体Ｉ 　 是一 种高温 、耐 Ａ　 ） 一 ０Ｏ 磨利损 、抗腐蚀 和透光波宽段优质光功能材料 ，的 是还用最使泛广　的 氧化物衬（ 主要底作半导体用衬底大规和模成电集衬底路 材料）之 ， 一可用微于电子一光 电子技术 、 事军
航、　 空天 、航 信 通 医学、领域等
，有广阔着应用前景。的 　 射线衍射ｘ体晶结构为六方晶。胞物理学性化质稳 定 表现为各 ，向异。性因此， 同方 所向长 的生晶体 不 　质量的可会存在一定能 的别。本实验差是正这一从点发出，
进蓝宝石晶行体长生 方向的论讨。
通过采　用不同方向的籽 晶 生长高出质量蓝的石宝 单， 并对 晶晶体形及貌构结进行 相应了的 检分析测　与
实验 过２程 　
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作者简 介５ 于旭东 ：９ ６ （） ，男１７ 一 ，
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体 学 报　
分采用别［ ０ 籽晶和［１ ０ 籽晶进１行蓝宝石体晶生长 。００］
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进行晶，体长工作生， 生 晶长规格 ￣体５
× ５ ｍｍ 径等分）部 生速度 长３０
ｈ 生长　ｍｂ
（１０ ｍ （ ．ｍ，／
。 　ｄ 艺工过 ： 引程晶缩颈 一放肩 、 收 肩　晶体 等径长　 生降退温火一 定 向
、片切 光抛 分　
　析 测、。检
　３２ 学腐化蚀显及微察观 　 分别．切取颗晶体二０（１ 面
０ ６ ｍ００ ）
＋ ｍ０厚晶片的，
对进行其抛光。抛光后 将的片置于化学晶试 剂
腐后 蚀，用 离子水冲洗去干 ， 得净到片。样片置于 Ｋ － ０样
－Ｈｃｐ三维 视频显镜微观察下 ， Ｈ２
ｉ ０ｅｏ ７ Ｓ计算 分析 晶
　中位错密体分布度情。 况 　２ ４体晶结检构测　 ．
应力及 Ｐ仪ｉ
ｓ　ｅ－ ｒｈｌ 　 Ｐ ｒＰ晶体射ｏ线仪对晶进行体射衍试测验 试。ｉ
３ｐ 果结析与分论　讨３
１晶 体位错貌形析分 ．　…
　由位错所携于带的过剩能 ，量 于细位错由露 处永不头逝消 的阶， 或台当 体表晶被面腐蚀时形会成位错　
。我坑们用浓为 度３１
：的溶液Ｈ Ｐ 　 Ｈ Ｓ 　 ０，：
　Ｏ腐蚀 晶 片２０、（ｍｎ
０ １ ０ｉ 露其的位错坑出图 如 １图
］０２ 、 示所 。　 图
图１分２为［别１０ 方向 生长晶体和［ ０１ 方 生向晶长的体０ （１面 的学显光微形貌。图、
１ －］ ２０ ０ ］００
１ａ籽 晶向晶位错密体度的显形微貌图　 　
Ｃ２籽向晶
生晶长的显体微形貌图
Ｍｉ１ｍｇｈａ 　ｆｈ 　
ｏｉａ ｏ　ｅ ｓｙｗ ｔ
ｄｃｉｎｒｅｓ　
ｇ Ｆ２Ｍｉ ｒ
ｇ ｈ ａ 　 ｏ ｅｄ ｓ ｉａｎｄ
ｉ ｎ ｓｃ
　ｅ ．　ｉ ｃ ｐ ｒｏ　ｙ ｄｅｓｃ ｔ
ｎ ｎｄ ｉ ｉ　ｔ
ｌｉ ｔ ｈ ｉｅ口 ｔ　ｄｅ
　 ｃ ｏｒｐ 　 ｆ
　 ｉｈ ｔ ｌ　 ｅｓｔ
ｗｔ Ｃｄ ｒ ｔ 　ｅ ｄ ｔ ｃ ｏ ｏ
中图看出三棱可形锥 的位错。 坑　经 测试计［ １ 算０生 长晶体的（０１ 面 片晶，
－１］ ２ ００
）央中错密位度约１ × ０ 个／ｍ ，５ ．１ 　ｃ 　 边缘平
均１０１× 　 ． ０个 ／ ， ｃｍ　 整平片均 １３ １约 　ｃ　 比较 均 ；匀 ．
０ ［ １生长的Ｏ（ １ 晶片中面央错位密度约
ｃ边缘　均约为２平 ２×０
／个 ，ｍ０
］０ＯＯ ） ． ×
整片　平　
约为 ：均 ．１５１　 × 　ｃ均 性 匀较 差比
。０个 ／ｍ
上面过组两据数对的， 比可以看不同的生长出方 向对体晶量质的影响是 大 的， 较１－ ］ ［ １ ０
Ｆ较ｏｔ 方向 的位错密度低一约个数级 ，量 ｏｏ
］均且匀 性比较。好 　３２
体晶结 构整 完分性析　 ．
２ ３ １嵌结构　 　镶． 际晶实内具体一有的晶体学取定 向异 差微细的结构域 区 ，这些当 域直区很径小，
为 ５０约—０ ０个　 ０单 ０
且 取向 小差于ｌ
说则这晶些体有镶具嵌构 ， 结这时 两域间的区间称界镶为结嵌构界间　。 ｊ
普资讯 维htp:/t/wwwcq.vi.cpo
箜 　m塑 ——一 　　
等：蓝 宝石体的晶生方向长 究
３ ３ ４　
晶在冷却体退火过或程中 由，晶体于中错往往位会获得够足热的激而发发生移动 ， 从而不同在滑移面　一 上位错 的 由，于们它问之 的场力的 交作互用， 　
使得它会终们在平衡止位置
，后最排列成角小界 。 晶　
，在融熔晶过结中可能程现的一出所种系谓结构　属。这种 系 结构 由属些一大体 与生上方　长
］平向行的条纹 成组
而，相邻纹就条横面切上的晶学体取 向看来
５ ４０的 方差异位当。晶结程形过　 ．～
。成系 结弱时 ，构 随则晶体长着大会形成与固液就 面界直的小垂角界晶ｗ一 “ ”状构结 　 。宝蓝属于石六方晶，系存在 两个有要主 滑的体系移：０ ）０ （０１ 面 沿［ １
０ 方 的底向面滑移系
（ 和 １　 ０． １ ２］１ —
ｏ方向的面柱滑系移滑。最易移沿子密度原 的晶大向生发， １ｌ ］ ｏ 因此
体晶长界生与面（０ １
交面角 ０ ０） 　
由，底于滑移面，
易于生产大晶界量 ；当 移滑较严重时比， 则 能产可滑生带移
形，成 晶孪 相反 ；，则不易产　
生 移滑，晶 不易界生　成。
沿 　０取向即（ ０１生长 时
。，００ ）
晶外体型的称截面对虽易于呈角六形，
是但缺优先陷在光轴 方增殖向
易形　 ，镶嵌成结构
，破 了坏体结晶构的整完。性 　我 采们用力仪应不 对同片进行晶析检分测，
３ 图 分别４［为１ ０ 向（ ０
１面和 ［ｏ１
（向 １ｏ 　面图
２） ０ ｏ ｏ ］ ０ ）应力的仪观检察测得到的所偏振片图 。 可明　显出看０
０］ ｏ １ （面的晶片边缘有锐角星的芒 ，１
－（］ １ｏ 则均匀无星芒现面。 象 　 ０１一ｏ
）０而［ １
０ 一ｏ ０ ） ２
　 ３图 蓝宝面石 体晶［１
０向 ｏ １偏（振光图片
宝石体 晶［ １ ０（０１向面 振光偏图片
　０ ０］ｏ Ｏ）
３ ｇｌｒｅ　Ｐ ｇ ｉｔｍ ｏｅ１
Ｏ— － Ｏｏ） ｓｐｉ
　ｒ 　Ｆｔ４ｇ ｌＰｚｄｌ
ｉ　ｔ ｆ［ 】 ］　 （１）ａ ｐ 　ｑｓｉ
ｉ．　　 ａｏ ｄｚｌ　ｈ ｅ　 ｆ［１
１ ａｈｒ ｙｃａ ｉ
　ａ ｅｏ曲ｔ ｃ ｏ 　０ 一（【ｏ）ｓｐ
ｈ ｒ ｃ ｉｔｉ
ｔ 　２ ｅ ｐＪｓ
ｐｍｅ ｘ１ ｘ
２２ ３晶衍射半体宽（峰． ． 双　摇晶摆线） 的曲检测　
ｘｒ 射入到晶体小　面上
（、为、互 的整数质
）体晶中 共 Ｐ层有种这晶
，面 晶面距 ｄ 当间入射 —　ｙａ ｈ 　ｆ
其 ，， 角为满足 　 ２ ０ ｓｎ ｉｄ＝ ｈ关
ｎ将产衍生
射。当衍方向有射一小小的个离偏，
射衍角（为　） ，
＋　时 光程 差　也
将 有 相应 的变改
　２ｓ ｎ　＋
＝ ）ｎ ＋△ｄ
（ｉ　 ｈ 　
若光程差改‘变量
△大的小对应为 ０
　０ ，５　 所 ｆ．１图
示晶的面１ 与晶
面 间２Ａ ． ００ 入 晶
＝ ．１ １
，与晶面 　 ３间的 Ａ之　 ００
晶面 １ ｈ＝ Ｉ．２ ， 晶面与 ５第两个 晶面之
　１ 与 间 相关￡的 散波射程差因为波长半相抵消。而按此　关 系第 ２第 与５；
３与 ５第… 等等
，第２ ３相关
的射散　波也将 抵相消， Ｐ 。 时， 当 一 。 终 因部成全抵消使得 时 （ 　＋　 ｓ 处衍的射波度强 为０衍射 即角　为。实晶体都是　际
，）有 的限，都存在不能 相抵消部的分 ，此 时衍射波的度强 将 　（内± 范围 展内开，
衍射因峰此而宽化 　 。
　晶中体存着在微 观缺陷 ， 正的常点阵列就会受　排到
破 坏 缺陷，围区周域的 阵点面间平成距部 局晶取面
５ 图宝蓝石体衍晶射图　 Ｆ
Ｘ—ａ　 ｉ
ｔ 　 ｆｒｔ ｅ
ｐｓｈ ｒ　 ｒ
ｓ　 ａ．　 ｉ ｙ ｄ ｒ ｔ ｌ　ａｔ
ｏ ｎ 　 　ａｐ ｉｅ
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人 晶 工 体学艰　
发生会变，改 使得力学动射衍件 ，条 导致射发生衍偏 ， 离生产衍角宽度射　 。 　本实 验采 用 ｉ ｓ Ｐｅ　 －ｏ
Ｐ　Ｐｒ 体射晶线仪， ｌ Ｘ ｔｒ ｐ 分 测别得了样 片的峰半宽如 。６ 图 ７ 。示 　
蓝宝石［１ ０ ６（向１ 面射Ｏ线衍射 图－１］
Ｏ ）Ｏ２ 　 Ｆ
　Ｘｒ 　．ｆｔａ ａｎ 　ｅ［１
Ｏ１－ａｐｉ　
－ ｙ６ ｒ ｉｉ　 ｔｒ
１ｏ －（］Ｏ
ｓ ）ｅ ｇ ａ ｈｄｃ
ｒ图 蓝７石［ｏ 宝１向 （０． 射面衍线图　射 ０ｏ］ ０ ０） １ Ｆ ． Ｘｒ　 ｉ 　ａｎｔｐｒｔｏ ［０ １－ＯＯ）ｓ ｐ ｉ　ｉ
—７ｙｄｒ ｉ 　ａ ｅ
Ｏ０ 　（］ Ｏ ａ１ ｈ
ｅ ａ ｇ ｆｏ ｃ ｎ ｆｔ
可 ，见 ６图半峰宽 角＝８ ０ ． １ ，” １０ ０５ 。 ８； 　
约图７半峰宽角８
＝１． ， ３３” ００
０约 。 ； ７ 、 　 即，　１ － ］所向长生的宝蓝石体晶在体结晶上构明要显整完于ＯＥ１
生向长的单 体。晶［１
方 ０２ ＯＯ］
结 　　 论
　通过验 实，对晶体位 密度错 应力检测以及、体结晶完构性整 射ｘ衍线射半 宽的峰检分析测
我，可以得们　
到样的结论 ：这对 于宝石蓝晶的体生， 不同长长生方向选的 ， 在择定一程上将影 响到所生度的长晶体的质 量； 　
般情况下 ， 在采用频感中提拉应所炉建立的温场 ， 选用［中
０１方 向生长 的蓝石宝 单体 晶晶体结构完的 １－　
］性整要显优明Ｉ于Ｏ 方１向生长的 宝石蓝晶单。 Ｏ体 Ｏ ］
ｃ 　Ｃ 【Ｊ Ｒ ｐ Ｐ
１ ７ ，，
ｆ 　 ｅ．
． ｅ Ｊ．ｒ ．
ｓｈ ， ４ ５７． 　 ｏ ９
］ 张克． 丛２晶体 生科长 学技与 术（ 册下 Ｍ］北京 ） ：［．
学科版 出社，９４８７１９ ，
５． ［］　 张丛． 克　 ３晶体长生科与技学 （ 下术） 册］Ｍ北 ： ［ 京．科学出 版 社， ９
５， 　 １７９ ９ ［４］ 胜马 利 ，导法横生白宝石单长晶 的缺陷观察［中无］机材料报 学 ， ，８ ３ １：
等． ４Ｊ．１
］ 张［静婉 ５． 　多晶 ｘ线射射衍法及其在方 体催固化剂的究 研的应中用 ［
Ｏ ］ ｔＢ：／
． ｓｗ． ｅＺＬＡ ／ｈｎｗ ｎ／．．ｔｎ 　 Ｅ Ｌ／ ．ｐｈ／ｗｗ
ｍ ａｎ ＩｔＩＯｚ ｇａｊａｇ １ｈ ｔ５ １ ／ ｉｍ
］ ［江超华．６　 ｘ 线射粉末射衍验技术基础 ［实
ＯＢ ］ ｐ／ｗｈ ｗｎ
ａｔＺｎ Ｏ Ｌ ｈｘｈ 　 １ Ｅ／Ｌ ．
．ａ １ ｅＩＩ／— ｅ ． ｔ ｔ／ｓ
． Ａ ／ｓ ｍ
范文六：!第"#卷第$期!!!!!!!!!
!!!!!!!!!%&’("#!)&($人!工!晶!体!学!报!
蓝宝石晶体的生长方向研究
于旭东，孙广年
（浙江巨兴光学材料有限公司，衢州"$,**,）
摘要：本实验采用提拉法，在中频感应加热单晶炉内，进行了不同生长方向蓝宝石晶体的生长工作，分别取［>>?$*］
生长的晶体!面（***>）的晶片。通过应力仪、显微观测和@射线衍射等方式对晶片的位错密度等微观缺和［***>］
陷以及晶体结构进行了检测。实验表明：不同的生长方向生长得到的蓝宝石晶体的质量存在一定的差别，一般情
况下，［>>?$*］方向生长的蓝宝石晶体质量优于［***>］方向生长的晶体。
关键词：提拉法；生长方向；位错密度；衍射；晶体结构
中图分类号：.AB!!!!文献标识码：1!!!文章编号：>***?CB#@（$**+）*$?*,">?*,
!"#$%&’"()*+&,"(-.+)/".&’&0!122(.+)!.’34)5+%6"14
"#$%&’()*，+#,-%.)*&)/.)
（DEFG=HIJ-KL=IJ.;M=NH’OHMF<=H’P:&Q;HIR，SKTE&K"$,**,，:E=IH）
（01!1/21’>#3%)1$**#）
786"+1/"：1E=JEUKH’=MRPH;;E=<FV=MEW=>?$*］［.?HL=P］HIW［***>］［!?HL=P］VHPJ<&VIYR
:DQFME&W(6EFW=P’&NHM=&IWFIP=MR&IMEFP’=NFW!?;’HIF（***>）X&<Y&MEJ<&VMEW=<FNM=&IPVHPPMKW=FW
V=ME@?<HRW=XX<HNM=&I(1’’MFPMP=IW=NHMFMEHMMEFUKH’=MR&X.P?J<&VIN<RPMH’=PYFMMF<MEHIMEHM&X!?J<&VI
9)%,&+$6：:DQFME&W；J<&VMEW=<FNM=&I；W=P’&NHM=&IWFIP=MR；W=XX<HNM=&I；N<RPMH’PM<KNMK<F
蓝宝石晶体（!?1’$."）是一种耐高温、耐磨损、抗腐蚀和透光波段宽的优质光功能材料，还是使用最广泛的氧化物衬底（主要用作半导体衬底和大规模集成电路衬底）材料之一，可用于微电子?光电子技术、军事、航空航天、通信、医学等领域，有着广阔的应用前景。
@射线衍射晶体结构为六方晶胞。物理化学性质稳定，表现为各向异性。因此，不同方向所生长的晶体的质量可能会存在一定的差别。本实验正是从这一点出发，进行蓝宝石晶体生长方向的讨论。
通过采用不同方向的籽晶生长出高质量的蓝宝石单晶，并对晶体形貌及结构进行了相应的检测分析与讨论。
$!实验过程
本实验采用高纯!?1’$."料粉，纯度!CC(CCCZ。
:<晶体生长
采用[-2?+**单晶炉，在9B\精密控制系统控制整个工艺过程。
*)%人工晶体学报!!!!!!!!!!!!!!!!!!第).卷!
!!分别采用［"""#］籽晶和［##$%"］籽晶进行蓝宝石晶体生长。
将备好的!$&’%()料粉*+",-一次性装入坩埚，于中性气氛下，升温熔料后、适当调节功率，寻找合适的引晶温度，进行晶体生长工作，生长晶体规格"（.*/.%）001#."00（等径部分），生长速度)+"0023，生长周期*4。
工艺过程：引晶缩颈!放肩、收肩!晶体等径生长!降温退火!定向、切片!研磨、抛光!分析、检测。
!"#$化学腐蚀及显微观察
分别切取二颗晶体（"""#）面"+5"00厚的晶片，对其进行抛光。将抛光后的晶片置于化学试剂中进行腐蚀后，用去离子水冲洗干净，得到样片。样片置于67$%8""79$:;三维视频显微镜下观察，计算分析晶体中位错密度分布情况。
!+%$晶体结构检测
采用应力仪及?39’9=@A?>BC$?B<晶体射线仪对晶体进行衍射测试试验。
)!结果分析与讨论
［&］#"&$晶体位错形貌分析
由于位错所携带的过剩能量，或由于细位错露头处永不消逝的台阶，当晶体表面被腐蚀时会形成位错坑。我们用浓度为)D#的溶液7)?(*D7%:(*腐蚀晶片%""E、#"09F其露出的位错坑如图#、图%所示。
图#、图%分别为［##$%"］方向生长晶体和［"""#］方向生长晶体的（"""#）
面的光学显微形貌图。
图#!!向籽晶晶体位错密度的显微形貌图图%!"向籽晶生长晶体的显微形貌图
G9-+#!H9;B<-BI=3J49@’<;IC9F@9CJL9C3!49B>;C9<F
@>>4G9-+%!H9;B<-BI=349@’<;IC9F@9CJL9C3"49B>;C9>4
图中可看出三棱锥形的位错坑。
经测试计算［##$%"］生长晶体的（"""#）面晶片，中央位错密度约#+.1#")个2;0%，边缘平均#+"1#")个2;0%，整片平均约#+)1#")个2;0%，比较均匀；
［"""#］生长的（"""#）面晶片中央位错密度约8+)1#")个2;0%，边缘平均约为%+%1#"*个2;0%，整片平
#+.1#"*个2;0%，均匀性比较差。均约为：
通过上面两组数据的对比，可以看出不同的生长方向对晶体质量的影响是较大的，［##$%"］的生长方向
方向的位错密度约低一个数量级，且均匀性比较好。较［"""#］
#+!$晶体结构完整性分析
)+%+#!嵌镶结构
实际晶体内具有一定的晶体学取向差异的微细结构区域，当这些区域直径很小，约为.""/."""个单
在晶体冷却或退火过程中，由于晶体中位错往往会获得足够的热激发而发生移动，从而不在同一滑移面上的位错，由于它们之间的应力场的交互作用，会使得它们终止在平衡位置，最后排列成小角晶界。
［!］另一方面，在熔融结晶过程中可能出现的一种所谓系属结构。这种系属结构由一些大体上与生长方
向平行的条纹组成，而相邻条纹就横切面上的晶体学取向来看，存在有"#$%&’的方位差异。当结晶过程形成系属结构时，则随着晶体长大就会形成与固液界面垂直的小角晶界“()”状结构。
蓝宝石属于六方晶系，存在有两个主要的滑移体系：（"""*）面沿［**(+"］方向的底面滑移系和（**(+"）面沿［*(*""］方向的柱面滑移系。滑移最易沿原子密度大的晶向发生，因此晶体生长界面与（"""*）面交角大时，由于底面滑移，易于产生大量晶界；当滑移比较严重时，则可能产生滑移带，形成孪晶；相反，则不易产
［&］生滑移，晶界不易生成。
沿"’取向即（"""*）生长时，晶体外型的对称截面虽易于呈六角形，但是缺陷优先在光轴方向增殖，易形成镶嵌结构，破坏了晶体结构的完整性。
我们采用应力仪对不同晶片进行分析检测，图!、图&分别为［**(+"］向（"""*）面和［"""*］向（"""*）面的应力仪观察检测所得到的偏振图片。
可明显看出，［"""*］（("""*）面的晶片边缘有锐角的星芒，而［**(+"］（("""*）面则均匀无星芒现象。图!,面蓝宝石晶体［**(+"］向（"""*）偏振光图片图&,蓝宝石晶体［"""*］向（"""*）面偏振光图片
-./#!,./89:.;943:8.46;4?>932-./#&,./89:.;943::8.46;4?>932!#+#+,晶体衍射半峰宽（双晶摇摆曲线）的检测
@(43?入射到小晶体!"#面上（!、"、#为互质的整数），晶体中共有$层这种晶面，其晶面间距%，当入射角为!满足+%>.A!B&"关系时，将产生衍射。当衍射方向有一个小小的偏离，衍射角为（!C#）时，光程差也
#）(&"’!)
BAB人工晶体学报//////////////////第A=卷/
［!］向会发生改变，使得动力学衍射条件，导致衍射发生偏离，产生衍射角宽度。
本实验采用"#$%$&’(")*+,"*-晶体射线仪，分别测得了样片的半峰宽。如图!、.
图!/蓝宝石［00,12］向（2220）面射线衍射图
3$45!/(,*678$99*6:+$-;&6++)*;-9［00,12］（,2220）
’6&&#$*)图./蓝宝石［2220］向（2220）面射线衍射图3$45./(,*678$99*6:+$-;&6++)*;-9［2220］（,2220）’6&&#$*)//可见，图!半峰宽角!，约0?@；
图.半峰宽角!，约A.@；
即，［00,12］方向所生长的蓝宝石晶体在晶体结构上明显要完整于［2220］向生长的单晶体。
通过实验，对晶体位错密度、应力检测以及晶体结构完整性(射线衍射半峰宽的检测分析，我们可以得到这样的结论：对于蓝宝石晶体的生长，不同生长方向的选择，在一定程度上将影响到所生长的晶体的质量；一般情况下，在采用中频感应提拉炉所建立的温场中，选用［00,12］方向生长的蓝宝石单晶体的晶体结构完整性要明显优于［2220］方向生长的蓝宝石单晶体。
［0］C*$:)DE5［D］5F)&5"*-45"#7’5，0G..，B2，=!.5
［1］张克丛5晶体生长科学与技术（下册）［H］5北京：科学出版社，0GG.，B=?5
［A］张克丛5晶体生长科学与技术（下册）［H］5北京：科学出版社，0GG.，B=G
［B］马胜利，等5导模法生长白宝石单晶中的缺陷观察［D］5无机材料学报，0G?1，!"（0）：
［=］张婉静5多晶(射线衍射方法及其在固体催化剂的研究中的应用［ICJKL］5#++&：JJMMM5N’6%5;)+JOPLPQKJR#6;4M6;S$;4J=505#+N［!］江超华5(射线粉末衍射实验技术基础［ICJKL］5#++&：JJMMM5N’6%5;)+JOPLPQKJT,’#)05#+N考文献
蓝宝石晶体的生长方向研究
作者单位：
英文刊名：
年，卷(期)：
被引用次数：于旭东， 孙广年， YU Xu-dong， SUN Guang-nian浙江巨兴光学材料有限公司,衢州,324004人工晶体学报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS)4次
参考文献(6条)
1.江超华 X射线粉末衍射实验技术基础
2.张婉静 多晶X射线衍射方法及其在固体催化剂的研究中的应用
3.马胜利 导模法生长白宝石单晶中的缺陷观察 1982(01)
4.张克丛 晶体生长科学与技术 1997
5.张克丛 晶体生长科学与技术 1997
6.Brice J C 查看详情 1977
引证文献(4条)
1.柯利峰.黎建明.苏小平.那木吉拉图.李楠 热交换法生长蓝宝石晶体的位错研究[期刊论文]-人工晶体学报2009(3)
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本文链接：http://d..cn/Periodical_rgjtxb.aspx
范文七：大规格蓝宝石单晶体生长炉技术说明
一、项目市场背景
α-Al2O3单晶又称蓝宝石，俗称刚玉，是一种简单配位型氧化物晶体。蓝宝石晶体具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，强度高、硬度大、耐冲刷，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作，因而被广泛的应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料。其独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的热学性能使蓝宝石晶体成为实际应用的半导体GaN/Al2O3发光二极管
(LED)，大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等最为理想的衬底材料。低成本、高质量地生长大尺寸蓝宝石单晶已成为当前面临的迫切任务。
蓝宝石晶体生长方式可划分为溶液生长、熔体生长、气相生长三种，其中熔体生长方式因具有生长速率快，纯度高和晶体完整性好等特点，而成为是制备大尺寸和特定形状晶体的最常用的晶体生长方式。目前可用来以熔体生长方式人工生长蓝宝石晶体的方法主要有熔焰法、提拉法、区熔法、坩埚移动法、热交换法、温度梯度法和泡生法等。但是，上述方法都存在各自的缺点和局限性，较难满足未来蓝宝石晶体的大尺寸、高质量、低成本发展需求。例如，熔焰法、提拉法、区熔法等方法生长的晶体质量和尺寸都受到限制，难以满足光学器件的高性能要
求；热交换法、温度梯度法和泡生法等方法生长的蓝宝石晶体尺寸大，质量较好，但热交换法需要大量氦气作冷却剂，温度梯度法、泡生法生长的蓝宝石晶体坯料需要进行高温退火处理，坯料的后续处理工艺比较复杂、成本高。
二、微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体工艺技术说明
微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体方法在对泡生法和提拉法改进的基础上发展而来的用于生长大尺寸蓝宝石晶体的方法，主要在乌克兰顿涅茨公司生产的
Ikal-220型晶体生长炉的基础上改进和开发。晶体生长系统主要包括控制系统、真空系统、加热体、冷却系统和热防护系统等。微提拉旋转泡生法大尺寸蓝宝石晶体生长技术主要是通过调控系统内的热量输运来控制整个晶体的生长过程，因此加热体与热防护系统的设计，热交换器工作流体的选择、散热能力的设计，晶体生长速率、冷却速率的控制等工艺问题对能否生长出品质优良的蓝宝石晶体都至关重要。
微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体，生长设备集水、电、气于一体，主要由能量供应与控制系统、传动系统、晶体生长室、真空系统、水冷系统及其它附属设备等组成。传动系统作为籽晶杆(热交换器)提拉和旋转运动的导向和传动机构，与立柱相连位于炉筒之上，其主要由籽晶杆(热交换器)的升降、旋转装置组成。提拉传动装置由籽晶杆(热交换器)的快速及慢速升降系统两部分组成。籽晶杆(热交换器)的慢速升降系统由稀土永磁直流力矩电机，通过谐波减速器与精密滚珠丝杠相连，经滚动直线导轨导向，托动滑块实现籽晶杆(热交换器)在拉晶过程中的慢速升降运动。籽晶杆(热交换器)的快速升降系统由快速伺服电机经由谐波减速器上的蜗杆、蜗杆副与谐波的联动实现。籽晶杆的旋转运动由稀土永磁式伺服电机通过楔形带传动实现。该传动系统具有定位精度高、承载能力大，速度稳定、可靠，无振动、无爬行等特点。采用精密加热，其具有操作方法简单，容易控制的特点。在热防护系统方面，该设计保温罩具有调节气氛，防辐射性能好，保温隔热层热导率小，材料热稳定性好，长期工作不掉渣，不起皮，具有对晶体生长环境污染小，便于清洁等优点。选用金属钼坩埚，并依据设计的晶体生长尺寸、质量来设计坩埚的内径、净深、壁厚等几何尺寸，每炉最大可制备D200mmX200mm，重量25Kg蓝宝石单晶体。Al2O3原料晶体生长原料采用纯度为5N的高纯氧化铝粉或熔焰法制备的蓝宝石碎晶。
从熔体中结晶合成宝石的基本过程是：粉末原料→加热→熔化→冷却→超过临界过冷度→结晶。
９９．９９％以上纯度氧化铝粉末加有机黏结剂，在压力机上形成坯体；先将该坯体预先烧成半熟状态的氧化铝块，置入炉内预烧，将炉抽真空排出杂质气体，先后启动机械泵、扩散泵，抽真空至１０↑［－３］－１０↑［－４］Ｐａ，当炉温达１５００－１８００℃充入混合保护气体，继续升温至设定温度（２１００－２２５０℃）；（３）炉温达设定温度后，保温４－８小时，调节炉膛温度
和坩埚位置使原料及籽晶顶部熔化，实现接种生长，将固液界面温度梯度设定在１０－５０℃／ｃｍ，待晶体生长结束后，进行原位退火处理。
（附：晶体生长过程的实测加热功率和加热体电阻）
范文八：一、 蓝宝石生长
1.1 蓝宝石生长方法
焰熔法Verneuil (flame fusion)
最早是1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）
和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末
与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“ 日内瓦红宝石”。后
来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil）
改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。因此，这种方
法又被称为维尔纳叶法。
1）基本原理
焰熔法是从熔体中生长单晶体的方法。其原料的粉末在通
过高温的氢氧火焰后熔 化，熔滴在下落过程中冷却并在种晶
上固结逐渐生长形成晶体。
2）合成装置与条件、过程
焰熔法的粗略的说是利用氢及氧气在燃烧过程中产生高
温，使一种疏松的原料粉末通过氢氧焰撒下焰融，并落在一
个冷却的结晶杆上结成单晶。下图是焰熔生长原料及设备简
图。这个方法可以简述如下。图中锤打机构的小锤7按一定
频率敲打料筒，产生振动，使料筒中疏松的粉料不断通过筛
网6，同时，由进气口送进的氧气，也帮助往下送粉料。
氢经入口流进，在喷口和氧气一起混合燃烧。粉料在经过高温火焰被熔融而落在一个温度较低的结晶杆2上结成晶体了。炉体4设有观察窗。可由望远镜8观看结晶状况。为保持晶体的结晶层在炉内先后维持同一水平，在生长较长晶体的结晶过程中，同时设置下降机构1，把结晶杆2缓缓下移。
焰熔法合成装置由供料系统、燃烧系统和生长系统组成，合成过程是在维尔纳叶炉中进行的。
A.供料系统
原料：成分因合成品的不同而变化。原料的粉末经过充分拌匀，放入料筒。如果合成红宝石，则需要Al2O3粉末和少量的 Cr2O3参杂，Cr2O3用作致色剂，添加量为 1-3%。三氧化二铝可由铝铵矾加热获得。
料筒：圆筒，用来装原料，底部有筛孔。料筒中部贯通有一根
震动装置使粉末少量、等量、周期性地从筛孔漏出。
震荡器：驱动震动棒震动，使料筒不断抖动，以便原料的粉末能从筛孔漏出。
B.燃烧系统
氧气管：从料筒一侧释放，与原料粉末一同下降；
氢气管：在火焰上方喷嘴处与氧气混合燃烧。通过控制管内流量来控制氢氧比例，O2:H2=1:3；氢氧燃烧温度为2500℃，Al2O3粉末的熔点为2050℃；
冷却套：吹管至喷嘴处有一冷却水套，使氢气和氧气处于正常供气状态，保证火焰以上的氧管不被熔化
C.生长系统
落下的粉末经过氢氧火焰熔融，并落在旋转平台上的种晶棒上，逐渐长成一个晶棒（梨晶）。水套下为一耐火砖围砌的保温炉，保持燃烧温度及晶体生长温度，近上部有一个观察孔，可了解晶体生长情况。耐火砖的作用是保持炉腔的温度，使之缓慢下降，以便结晶生长。
旋转平台：安置种晶棒，边旋转、边下降；落下的熔滴与种晶棒接触称为接晶；接晶后通过控制旋转平台扩大晶种的生长直径，称为扩肩；然后，旋转平台以均匀的速度边旋转边下降，使晶体得以等径生长。
1.1.2泡生法 Kyropoulos
这种方法是将一根受冷的籽晶与熔
体接触，如果界面的温度低于凝固点，
则籽晶开始生长，为了使晶体不断长大，
就需要逐渐降低熔体的温度，同时旋转
晶体，以改善熔体的温度分布。也可以
缓慢的（或分阶段的）上提晶体，以扩
大散热面。晶体在生长过程中或生长结
束时不与坩埚壁接触，这就大大减少了
晶体的应力。不过，当晶体与剩余的熔
体脱离时，通常会产生较大的热冲击。
生长装置如下图所示。可以认为目前常
用的高温溶液顶部籽晶法是该方法的改良和发展。
采用泡生法生长大直径、高质量、无色蓝宝石晶体的具体工艺如下：
1．将纯净的G-A1 O。原料装入坩埚中。坩埚上方装有可旋转和升降的提拉杆，杆的下端有一个籽晶夹具，在其上装有一粒定向的无色蓝宝石籽晶(注：生长无色蓝宝石时不添加致色
剂，籽晶也采用无色蓝宝石)；
2．将坩埚加热到2050℃以上，降低提拉杆，使籽晶插入熔体中；
3．控制熔体的温度，使液面温度略高于熔点，熔去少量籽晶以保证晶体能在清洁的籽晶表面上生长；
4．在实现籽晶与熔体充分沾润后，使液面温度处于熔点，缓慢向上提拉和转动籽晶杆；控制拉速和转速，籽晶逐渐长大；
5．小心地调节加热功率，使液面温度等于熔点，实现宝石晶体生长的缩颈——扩肩——等径生长——收尾全过程。
整个晶体生长装置安放在一个外罩内，以便抽真空后充入惰性气体，保持生长环境中需要的气体和压强。通过外罩上的窗口观察晶体的生长情况，随时调节温度，保证生长过程正常进行。
1.1.3温度梯度法 Temperature gradient technique (TGT)
“导向温梯法”是以定向籽晶诱导的熔体单结
晶方法。包括放置在简单钟罩式真空电阻炉内的坩
埚、发热体和屏蔽装置，右图是装置简图。本装置
采用镅坩埚、石墨发热体。坩埚底部中心有一籽晶
槽，避免耔晶在化料时被熔化掉。为了增加坩埚稳
定性，籽晶槽固定在定位棒的圆形凹槽内。温场由
石墨发热体和冷却装置共同提供。发热体为被上下
槽割成矩形波状的板条通电回路的圆筒，整个圆筒
安装在与水冷电极相连的石墨电极板上。板条上半
部按一定规律打孔，以调节发热电阻使其通电后白
上而下造成近乎线性温差。而发热体下半部温差通
过石墨发热体与水冷电极板的传导来创造。籽晶附
近的温场还要依靠与水冷坩埚杆的热传导共同提供。
本方法与提拉法相比，有以下特点：
(1)晶体生长时温度梯度与重力方向相反，并且坩埚、晶体和发热体都不移动，这就避免了热对流和机械运动产生的熔体涡流。
(2)晶体生长以后，由熔体包围，仍处于热区。这样就可以控制它的冷却速度，减少热应力。而热应力是产生晶体裂纹和位错的主要因素。
(3)晶体生长时，固—液界面处于熔体包围之中。这样熔体表面的温度扰动和机械扰动在
到达固—液界面以前可被熔体减小以致消除。这对生长高质量的晶体起很重要的作用。
1.1.4提拉法Czochralski（CZ）
该方法的创始人是Czochralski，他的论文发表于
1918年。这是熔体生长最常用的方法之一。很多重要的
实用晶体是用这种方法制备的，近年来这种方法又取得
了几项重大的改进，能够顺利地生长某些易挥发的化合
物（如GaP和含Pb的化合物）和特殊形状的晶体（如
八边形、长4.5m的硅管、漏斗形等各种复杂形状的蓝宝
石晶体、带状硅和氧化物晶体）。
1.1.4.1 提拉法
提拉法的设备简图如右图所示。将预先合成好的多
晶原料装在坩埚中，并被加热到原料的熔点以上，此时，
坩埚内的原料就熔化为熔体，在坩埚的上方有一根可以旋转和升降的提拉杆，杆的下端带有一个夹头，其上装有籽晶。降低提拉杆，使籽晶插入熔体中，只要温度合适，籽晶既不熔掉也不长大，然后慢慢地向上提拉和转动晶杆。同时，缓慢地降低加热功率，籽晶就逐渐长粗，小心地调节加热功率，就能得到所需直径的晶体。整个生长装置安放在一个可以封闭的外罩里，以便使生长环境中有所需要的气氛和压强。通过外罩的窗口，可以观察到生长的情况。用这种方法已经成功地长出了半导体、氧化物和其他绝缘类型的大晶体。
这种方法的主要优点如下：
(1) 在生长的过程中可以方便地观察晶体的生长情况。
(2) 晶体在熔体表面处生长，而不与坩埚相接触，这样能显著地减小晶体的应以，并放置埚壁的寄生成核。
(3) 可以方便地使用定向籽晶和“缩颈”工艺。缩颈后面的籽晶，其位错可大大减少，这样可以使放大后生长出来的晶体，其位错密度降低。
总之，提拉法生长的晶体，其完整性很高，而生长率和晶体尺寸也是令人满意的。例如，提拉法生长的红宝石与焰熔法生长的红宝石相比，具有较低的位错密度，较高的光学均匀性，也不存在锒嵌结构。
1.1.4.2 连续加料提拉法
提拉法生长晶体中，另一重要的改进就是连续加料提拉法的应用。该法首先被Ya.Apilat和Yu.P.Belogurov等所应用。右图所示是该种设备的简易示意图，通过坩埚内一个高灵敏度的熔体液面规来控制熔体的温度和晶体直径。在坩埚内，一边提拉晶体，一边补充所消耗的
原料。具体过程如下：通过导管将原料m引入圆形槽1中，在那里熔融后，流入坩埚2内，坩埚被安放在可旋转的支撑环3上，支撑环3和晶体9可同步旋转，以保证在生长过程中熔体的轴向温场的对称性。由于晶体的直径很大，而晶体和埚壁之间的距离很小，因此，晶体直径的微笑变化（生长界面的高度也相应变化）将引起液面高度的明显变化。一个带有铂探针5的熔体液面规4能根据液面高度的微笑改变，通过补偿电路6而相应地调节坩埚的附加点源，是液面的高度保持恒定，以保证晶体的生长重量与补加原料的重量始终相等，从而达到自动控制晶体直径的目的。由于在生长过程中，坩埚内不断地有原料补充，从而使所需要提拉晶体的尺寸不受坩埚内物料的限制，晶体的尺寸可以长大。
1.1.4.3 冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)
冷心放肩微量提拉法(Sapphire growth
technique with micro-pulling and shoulder
expanding at cooled center，SAPMAC)是在对泡生
法和提拉法改进的基础上发展而来用于生长大尺寸
蓝宝石晶体的方法，晶体生长系统主要包括控制系
统、真空系统、加热体、冷却系统和热蔽装置等，右
图是晶体生长系统简图。该方法生长的单晶，外型通
常为梨形，晶体直径可以生长到比坩埚内径小
l0~20mm的尺寸。籽晶被加工成劈形，利用籽晶夹固
定在热交换器底部。热交换器可以完成籽晶的固定、
晶体的转动和提拉，以及热交换器、晶体和熔体之间
热量的交换作用。加热体、冷却系统和热屏蔽装置协
同作用，为晶体生长提供一个均匀、稳定、可控的温场。根据晶体生长所处的引晶、放肩、等径和退火及冷却阶段的特点，通过调节热交换器中工作流体的温度、流量，加热温度(加热体所能提供的坩埚外壁环境温度)可以精确控制晶体和熔体内温度梯度、热量传输、完成晶体生长。
冷心放肩微量提拉法生长蓝宝石晶体时，通常可将整个晶体生长过程分为四个控制阶段，即引晶、放肩、等径、退火及冷却阶段。引晶与放肩阶段主要是利用调节热交换器散热能力，适当配合一定的降低加热温度(加热系统所能提供的坩埚外壁温度)的方式来实现对晶体的缩颈和放肩控制。此时晶体生长界面凸出率及温度梯度较大，其有利于采用较大的放肩角，减小放肩距离，防止界面翻转，同时能够将籽晶内的位错等原有缺陷快速从晶体中扩散到晶体表面，有效降低晶体内的缺陷含量。较大的界面温度梯度还能够提高晶体生长驱动力，增加
界面稳定性。待晶体直径长到所需尺寸(冷心放肩微量提拉法晶体直径可以长到距坩埚内壁1~3cm)后，晶体开始等径生长，进入等径阶段。随着晶体尺寸的长大，热交换器的散热对晶体生长效率迅速减小，故晶体进入等径生长阶段后，主要是通过降低加热温度(加热系统所能提供的坩埚外壁温度)来实现晶体生长。
该方法主要特点：
1)通过冷心放肩，保证了大尺寸晶体生长，整个结品过程晶向遗传特性良好，材料品质优良。
2)通过高精度的能量控制配合微量提拉，使得在整个晶体生长过程中无明显的热扰动，缺陷萌生的几率较其他方法明显降低。
3)由于只是微量提拉，减少了温场扰动。使温场更均匀，从而保证单晶生长的成功率。
4)在整个晶体生长过程中，晶体不被提出坩埚，仍处于热区。可以精确控制它的冷却速度，减少热应力。
5)适合生长大尺寸晶体，材料综合利用率是泡生法的1.2倍以上。
6)选用水作为热交换器内的工作流体，晶体可以实现原位退火，较其他方法试验周期短、成本低。
范文九：采用大尺寸蓝宝石衬底是降低LED芯片成本的主要因素之一。“大尺寸衬底可以在每个MOCVD
轮次中制作更多的芯片。由于LED芯片存在边缘无效区，所以直径越大，芯片数量比与直径比优势越明显，以6英寸为例，表面积是2英寸的9倍，芯片数量确是2英寸的10.9倍，衬底尺寸越大，芯片数量优势越明显。”
据公司介绍， 150kg蓝宝石晶体的材料利用率高，掏取4英寸晶棒超过50%，位错密度低600pit/cm2，且晶体质量好，气泡缺陷少。“150kg晶体可掏取5英寸手机面板方棒2430mm，材料利用率达到62.8%，重量是90kg的1.66倍，得棒数量却是90kg晶体的1.97倍。”
**TKY-3法长晶技术突破瓶颈**
范文十：蓝宝衬石
各种底宝石长晶方法蓝介
内部绍文件V.1
为使何蓝宝石当用 LED衬底料
材 ?用可L于DE衬的材底料主要有硅、化碳硅、宝蓝石氮 、化镓等。于由单硅晶和氮化镓晶匹格配太差无无法商业 应用化碳；硅单晶成化本价较格高目前市价约，是蓝宝 晶体的5石以上，倍且只美有国瑞科公掌司成握技熟， 术目前占场应市用不到0%；1化氮单镓制备更是晶难困 虽然，同外质质量最延好，价但格是蓝宝晶体石的数倍百。综 所述上，计预未来10到30在范围，蓝宝石年晶是 单ELD衬底料的材想理选
晶蓝单石长晶宝法
方?蓝宝石 晶的制单备工路线较艺多其中，较比 型有典下以种几 拉提(C法Z) 坩下埚降法 交热换(法EM)H 泡法(KY) 生? 除以上了项主流几的方法外，有温度还梯度 (T法GT、)熔焰法、导模法EF()、G平水晶结 法HDC()等…
拉提法CZ()?
柴氏 拉晶(法zCohrclskaime tohd),称CZ法简.先原 将料热至加熔点熔化后形熔成汤再利，用单一晶种接晶 到熔触汤面，表晶在种与汤熔固的界液面因上度温差形而 过成冷于。熔是汤始在开晶表面种固凝生并长和晶种相 同体结晶构的晶。单晶同时以极缓慢种的速往上拉升，度并 伴随以定的一转旋速，转随晶种的向着拉升上熔，汤 渐逐固凝于种的液晶界面上固，进形成一轴而对称单 的晶锭.
拉法生提方长示意式
坩埚上图方有根可一以旋转升和的
降拉提，杆杆下端的有一个夹，其上头装有一 根晶。籽低提降拉，杆使籽晶插入熔 体不也大，长然后缓向慢上提和转拉动晶 籽杆同，时慢降低加热缓率功籽晶逐渐，长射
只要，熔体的温度中适籽，既不熔解晶
。小心调地节热功率，加能就得所到需 直径的晶体。整生个装长安置在一放个 外罩，以保证生长环境里有需所的要体气和 压力
保内系统温剖图面
有关工参艺控制数
?1 )加 热式 提拉法方长生晶的体热加方一般采法用电 加热阻高频感和加热应在无，坩埚长生时采可激用 光加、电子束加热、等热子体加热离弧光成像和加 等热加方热 式 电阻?热加的优点成是低本可，用大使流、低电压的电 电，源并以可成各制形状种的加热器高频加；可热以提供 干净较环境的时，间应响快，成但本高 ? 2) 体晶径直控的制 提法拉生的晶体直长的径制 方法控多，很有工人直用眼睛观接察行进控，也制有自动 控制。动自控的制法方前目一般有用弯利面月的 光反、晶射外体形成像、称法重法等
提法生长拉晶体的优点?
1) 在 长过程中生可以，接直观晶体的生长察况，这状为 控制晶体外提供了有形条件利? 2)
晶体在熔的体内自表处面生长而不，与
坩埚接相，触 够能著减显晶体小应的力防并止坩埚壁上的寄成核生 ?3)
可方便以地用使定籽晶的向和缩颈“工艺”，到得不同取向的 晶体，降低单晶中体位的密度错减少镶， 嵌结，构提高晶的完体整性
?拉提的最法大点优于在能够较快的以率速长较生质高 量晶的。体例如，拉法生长的红提石与宝焰法生长 的红熔宝石相，比具效低有位错的密度，高较光学的均匀性 ，没也有镶结嵌。
拉提生长法晶体的点缺
1)? 般要用一埚作坩器，容导熔体有不同致程度的染 污?2 )当 熔中体含易有发挥物，时存在控则组分制困的 难 ?3)适用 范有围一的定制限。例如它，适于不生长冷却 过程存中在态相变固材的料，也不适于用长生应反 较强性或熔点极高材料，的为难以找因到适的合埚来 盛坩装们它
之，总拉提法长的生体完晶性整很，高其面长速生 率晶体尺和寸也是人令满的。设计意合理的长系生、 精确统稳定的面温控度、熟制的练操作术技获得高是质 量体晶重要的前条件
?法 该方法创的人始是PW.B.idgrma，论n文发表于192年5。D.C .Stcokbagrr曾e对种方法的这展发出作了重的推 要，因此动这种方也可以法做布叫奇里－斯托克曼巴杰方 ,简称法-BS法。方
该方?的法特是点使体熔坩在埚冷却中凝而。固坩埚 可以直放置，垂可也水以平置放使用“(”舟形埚)坩，如 图所下。生长示，时将原放料具入特殊有形的坩 埚里，加热使状熔化。之通过下装置使坩埚降具有在 定温一度度的结晶炉梯内缓缓下降，过经温度度梯大 最区域的，熔体时会在坩埚内便自由上地下结为晶整 晶体块。
坩下降埚法意示
坩下降法原埚理?
降法下一采般自用成核发生晶体，长其获得单体晶的 依就是晶据体长生中的何几汰淘规律，原如下理图所 。示在一根状管器容底部三有个位方不同的晶核、AB、 C，生其速长度因方不同而位同。假不设核晶B的最 大长生度方速与向壁管平行晶核，A和C与管壁斜则交 。由图中可看以到，生长过在程，A中和核核C的成长空 间受到B核的排挤而因断缩不小在，成一长时间以后段终于完 全被B所湮没核最，只终剩下取良好向的核B占 整据个体而发熔展单晶成体，这现一即象为几何淘 汰律
规?为 充分利了几用淘何规律汰，提高成 率品人，设们了计各种样的坩埚。 如左图各所示其。目的是让埚坩部底 通过温度度最梯大的域区时在底，形部成尽可能少 几个的晶核，这几而晶个 再经过核几淘何汰，下只有剩取优向异 的核单展发成体。晶验表经明坩 埚底部，形的也因晶状类型体不而同有 差异。
坩埚下降的法优点?
可把原密封料在坩埚里减，少了挥发成的造 泄漏和染污使晶，的体分容易控制成? 2 )操作简 ，可以单生长大尺的寸体。可生晶的晶长 体种品也很多，且易现程实化生序 ? 长3) 于每由个一坩埚中的体熔可都以独单核，成样这可 以在一结晶个中炉同放时入若个坩干，埚者在或个一大坩 埚里放一个入孔的多柱形坩埚每个孔都可，以生 长块晶体，一它而则们用一个共圆锥部底行进几淘 何汰，这可样以大提大成品高率和工效作率
坩埚下法的降缺
点? 1 )适宜不生长在却冷时体增积的晶大 体? 2 )由于晶体在整生长个过中直接程坩埚接与触，往会往在晶 中体入较引的内大应力较和多的质 ? 杂)3在晶体 生长程中过难于直观接，生长察期也比周长较? 4
若在下)降中采用法籽法晶长，生何如籽使在高晶温既 不区全熔融完，必又须它有部使分熔融进行以全完长生是，一个比较难 控制技术问题的 ? 之总B，S－法的最优点是大够能制造直径大的体(直径达 晶020mm)其，主缺要点晶是体和埚壁坩接触易容产应生力或寄 生核成。它要用主生长于金碱属碱土和属金的族化卤 合(例物Ca如2、LFFiN、Ia)以及等些一半导体合物化(例
Ag如aGSe、A2Gga2、SdCZne等T)晶体
换法交(HE)M?
交热法 换eHta echxnaegm theo dHE(M)194 年美7 開始使用國熱換交器來法生大直產藍寶徑單晶石
本基原如下 理? 利熱交換用來器走帶量，熱得使體晶長生區形內成
一冷下上熱向溫度梯縱度? 藉 由制控交熱換器氣內體量的流大小及變改加功熱率的 大來小控制此溫一梯度，度此達成坩藉內溶液堝下慢 慢向上由凝固成晶的目體
的体晶长程生
序1)先熱熔加坩化堝內的料,原熔使體溫度
保略持高於點熔~510℃ 2堝底的)晶部分種被化,熔溫爐 慢下降緩 3開通He氣冷卻)
4)體就熔被未熔晶種為核心化逐,
生長漸充出滿個整坩堝大的單塊晶
交热换法炉体示意图
热交换的法点
? 1优 )/液界面固於坩堝位，且沒有拉伸內動的，不作易受 到外干力擾?
2 藉由改)變堝坩的外形就改能晶變體的形 狀 3)? 能夠分別控制熔及區固化之溫區度度梯? 4 ) 可減少力浮流對之響影? 5 ) 可接直在爐進內退行火減少晶體內熱應力之? 6)
易生長於大尺晶體
交热法的换点缺
??? ? 1 ) ) 3)2 )4不 適於長生烈腐強蝕堝的坩材 生料產過程引會入較大內應力 氣價氦昂貴格氣流的流 量難精以控制確
? )生泡法K yrpouloo smehtod 美由K国ryopols u明发, 这种方 法是将一受冷根的籽晶熔体与接触如，界果面的温 度于低凝固，则籽晶点始生开，长为了晶体不断使 长大就需，要逐降渐低体的熔温度同，旋转时体，晶以改善 体的熔
温
度分布也可。缓以慢的或分阶（的段）提 上晶，体扩以散大面热晶体在。长生程中过或长结束时生 不与埚壁坩触，这就大接减大了少 体的晶应力。过不 当晶体，与余的剩熔体脱时离，常通会产生较的大冲热，击其 出晶体产陷缺度远密低于拉法提生长晶的体
生长方式示法图
意晶将原料放入体耐温的坩高埚加中
热熔 ,调化炉整温内度场 使,体 熔部上于稍高于处熔的状点;使籽态晶 杆的上晶接籽熔融液触面 待,其 表稍面后熔 降低表面温度至熔,
点提,并拉转动晶籽 ,使熔杆顶 体处部过于冷态而状结于籽晶上晶 ,在 断不提拉过的程中 ,生长出柱圆
体蓝宝石晶
体不工同优缺点艺比
梯度法度 T(G)T?
是以 向籽定诱导晶熔体单结的晶方。法括包放置简在 单钟式罩真空电阻炉内坩的、发埚热体和屏蔽置，下图装 装置是简。图本装采用镅置埚、坩墨石发热。体坩底 部埚中心一籽晶槽有避免耔，晶在化时被熔化掉。为了料增 坩加埚稳性定籽，晶槽定在固位棒定圆形凹的内槽 温。由场石发热体墨和却装置冷共提同。发供体热为被上 槽割成下矩波形状板条的电通路的圆回，整个圆筒筒安装 与在水电冷极相的连墨石极板电上。条上半部板按一 规定打孔律以，调发节热阻使电通电其后上白而下造成近乎线 温性差而。发体下半部热温差通过墨石热体与 水冷发极电板传的导创来造。晶附籽近温的场要依还与 水靠坩埚杆的冷传导共同热供
梯度示意图
温法度梯法度特
点 1) 晶?生体长时温梯度与度重方向力反，并相坩且埚 晶体、发热和都体移不动，这避免了就对流和热械运 动产生的熔机涡体 流? 2 晶)生长体后以由熔体，围包仍处，于热。这区样就可 控制它以的冷速却度减少热，力。而应热应是产力生 体裂纹晶位和的主错要因素
?) 3体生长晶，固—液时界面处熔于包体围中。这样 熔体表之面的度温扰动机械扰动在和达固—液到界以面前可被 体减熔小以消除。致这生对高质长的量体起 很晶要重作的用
法?最早 1是885年由雷米弗E.（ reFym、）尔（弗. EFeil） 乌泽（和yWes一）起，利用氧氢火焰熔化然的红天宝石粉末 与铬酸钾而制成重当时轰动了一时的 “内瓦 红宝日石”。后来于192年0雷弗的助米手法国化学的维家尔 纳叶V（reenuli）改进并展这一发技使之能进术行商 化生业。产因此这，方法又种称为维尔被纳法
焰熔法叶基原理本?
焰熔法从熔体是生中单晶长体方的。法其料原的末在 通过粉温高的氧火焰氢后化熔熔，滴在下过程中落却冷并在 晶种上固逐结渐生形成长体晶
长方生式意示图
锤周期性地敲料装在打料
斗里粉的末 原料粉，料料从中斗渐地逐往掉下，落到位 6处置，入由口4和入5进口的
入气氢气氧形氢氧成，将焰粉熔融料
熔。体到籽掉晶7，发生上晶体长生籽 晶慢慢往，下，降体晶慢就增长。使 用慢方法此长生晶的可体达长1m。于由 生速度长快，利用较该生长的红宝
法晶石体应较大, 力适合只做表手轴承
机械性能等方
模法(导EF)
G?导 模生长法晶的原理如体左图所 。将示料原于铱坩置 中，借由高调埚波感应热器加 加原热料之使化，于坩埚 熔中放置间一铱制模具利用， 细作用让熔毛摊平于铱制汤 具的上模方表，形成面薄 膜一放，下种晶之碰使到薄触 膜于，是膜薄在种的端晶 面结晶上成晶与相种结同的 单晶构晶种再。慢緩上拉往，升逐渐 长单生。晶同时坩埚由中 应供熔补汤薄膜充
平结水晶（HD法）
C?其 长生理原如图上示，所将原料入放形船埚之中坩船形，埚坩之船头部位 主是放要置种，晶接着使坩经埚一过加器热，邻加热近 之器份原部料先熔化形成最汤，熔形成汤之原熔料与船便头之 晶种接，触开始即长生晶体，坩埚当全完经加热过器，便后得可一单晶体 。为晶体了品质晶及生张结束体，方便取出后晶体坩，埚应采用不 沾熔汤之材料所其製如石，、氧英镁化氧、铝化、氧 铍以及化墨等。加石热可以器使用电阻，也炉可用高频炉使用此。 法生长单方晶，备设单简又，可得纯到很度高杂质分布十分和 匀均晶体的但。方此所法生长的晶与体埚坩触接难免，坩埚有成 分元素之出析晶到，体不且制易完得整性高大的直径单晶
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