一种籽晶轴温度梯度调节结构设计优化研究

蓝宝石晶体在生长的过程中,热场的温度分布是影响晶体产品质量的关键因素,尤其是籽晶部位的温度梯度,合适的籽晶轴径向温度梯度可以保证良好的晶体放肩生长。基于此,该文从机械结构角度入手对单晶炉籽晶温度梯度调节的影响进行了分析,并提出优化单晶炉结构的设计方法。根据优化后的结果,采用籽晶温度梯度调节结构进行长晶实验,实验结果显示,晶体在放肩生长的过程中,界面尖凸可控,可有效防止长晶界面翻转,晶体完整率明显提升,从85%提高到95%。     

钼屏发射率对泡生法蓝宝石单晶生长影响的数值模拟研究

泡生法蓝宝石单晶生长过程中,由于生长周期长、温度高,热场中钼屏的物理性质和形状都会发生变化,从而引起炉内温场的变化。通过计算机数值模拟,研究了钼屏发射率发生变化时,泡生法蓝宝石单晶生长中温场、流场的变化。模拟结果表明:随钼屏发射率增加,消耗功率也不断增加;在放肩阶段熔体等温线向下移动,流场也从2个涡流逐渐变成1个涡流;而在等径阶段和收尾阶段,这些变化都不明显。     

泡生法蓝宝石不同生长阶段热应力的数值模拟研究

利用计算机模拟对泡生法蓝宝石单晶各生长阶段的热应力进行了分析,发现晶体中最大热应力位于籽晶与新生晶体交界处或靠近固液界面的晶体边缘,其次位于晶体肩部。在此基础上,针对某一生长阶段讨论了加热器位置和坩埚形状对晶体中热应力分布的影响。结果表明:固液界面处的热应力随着加热器轴向中点与熔体轴向中点的距离L的增加先减后增,当L为190mm时,晶体中热应力最小;随着坩埚底部倒角半径的增加,固液界面处热应力呈上升的趋势。     

籽晶粒径分布对高效多晶硅晶体生长的影响

采用不同粒径分布的单晶籽晶进行高效多晶硅铸锭,结果表明单晶籽晶的粒径分布对引晶效果影响显著.籽晶粒径在1～4mm范围时,引晶效果最佳;粒径大于4mm时,硅熔体流延现象的存在导致长晶初期晶体中位错密度偏高,少子寿命降低;粒径小于1 mm时,细小的形核点也会影响晶体中的位错密度和少子寿命.对应电池片效率的结果也验证了该结论.     

锥头籽晶对DKDP晶体生长和损伤阈值的影响

籽晶是影响DKDP晶体生长和光损伤阈值的一个重要因素。采用传统降温法,分别利用Z片和锥头作为籽晶,从氘化程度为85%的溶液生长了DKDP晶体,并选取部分样品进行3倍频光损伤阈值测试。实验证明,DKDP晶体可以在不同籽晶下基本实现稳定生长,锥头籽晶所得DKDP晶体对晶体损伤阈值提高有积极作用且能有效缩短生长周期。     

不同籽晶对KDP晶体质量的影响

采用Z片籽晶和锥头籽晶分别进行传统降温法生长KDP晶体,并对其高分辨摇摆曲线、锥光干涉图以及消光比进行测试研究。实验发现,KDP晶体在不同籽晶下均能实现较好的生长稳定性,采用锥头籽晶生长的KDP晶体具有相对更好的晶体质量。     

不同籽晶DKDP晶体生长和光学性能研究

籽晶是影响DKDP晶体生长和光学性能的一个重要因素.通过传统降温法,分别利用Z片和[101]晶片作为籽晶,从氘化程度为85%的溶液中生长DKDP晶体并对加工样品进行了相关测试.研究了不同籽晶对DKDP晶体的生长和光学性能的影响.实验表明,[101]晶片籽晶所得DKDP晶体能有效缩短生长周期,晶体损伤阈值提高明显,但光学均匀性和透过性能有所下降.     

热交换坩埚下降法制备大尺寸氟化铈晶体的热场设计与优化

随着CeF₃晶体在激光和磁光领域应用的持续发展,大尺寸、高光学质量的CeF₃单晶的需求日益急迫,而CeF₃熔体的高黏度和低热导率的特性给晶体生长工艺带来了较大挑战。为研究CeF₃熔体低导热性引发的生长问题,探究其生长过程中炉体结构和工艺参数对温度分布和结晶界面的影响机制,本工作对热交换坩埚下降法(Heat Exchanger-Bridgman method,HEB)生长大尺寸(?80mm)CeF₃晶体中炉体结构与晶体/熔体温度分布关系、不同生长阶段界面的变化规律以及热场结构对生长界面的作用机制开展了数值模拟研究。研究结果表明：当发热体长度与坩埚长度相适应时，更有利于构建合理的温度梯度场,而放肩和等径生长阶段的凹界面问题则可以通过改变隔板形状和加反射屏调节坩埚壁温度分布得到有效解决。本研究成果不仅可以加深对CeF₃晶体结晶习性的理解,炉体结构和生长界面的优化思路对坩埚下降法制备其他晶体同样有实际指导意义。     

Yb3+:KGW激光晶体生长与表征

通过对K2WO4和K2W2O7两种助溶剂的对比、分析,选择K2W2O7做助溶剂,采用顶部籽晶(TSSG)法生长YbKGW晶体.设计了合理的工艺条件转速10～15r/min;降温速率0.05℃/h;生长周期15d.通过对YbKGW晶体粉末样品的X-ray衍射谱与KGW粉末样品的X-ray衍射谱对比分析,生长晶体为β-YbKGW晶体.利用TG-DTA测定YbKGW晶体的熔点及相变温度分别是1086℃和1021℃.通过对晶体缺陷的观察分析认为,晶体裂缝及包裹物等缺陷与生长工艺条件密切相关,应尽量减少生长过程中的温度、浓度及生长速度的波动,保持晶体的稳态生长.     

导模法生长微孔蓝宝石晶体工艺及性能研究

采用导模法生长了内孔径470 μm的蓝宝石晶棒和内孔径160 μm板形蓝宝石晶体。基于求解拉普拉斯方程的数值解, 得到生长界面处微孔的熔体膜轮廓曲线, 采用插入钼丝的方法设计了生长模具以形成和维持晶体内的微孔尺寸, 同时解决了微孔蓝宝石长晶生长过程中的两个难点: (1)获得高质量的蓝宝石晶体; (2)在蓝宝石晶体中形成并维持所需的内孔尺寸。所生长的晶体透明完整、无开裂、双晶摇摆曲线测定显示其衍射半峰宽为3.8°, 具有良好的结晶质量     

焰熔法生长钛酸锶单晶体生长室内温度分布的数值模拟

通过研究焰熔法生长钛酸锶单晶体过程中生长室内的温度分布特征,分析了H_2和O_2流量、喷嘴孔径对温度分布的影响。结果表明,采用焰熔法生长SrTiO_3晶体时,晶体熔帽表面温度和压力由中心逐渐向外降低;随着H_2流量的增加,中心轴向的最高温度的位置基本不变,晶体熔帽温度和晶体四周的最高温度逐渐升高,只是升高幅度有所减小;晶体熔帽温度、压力及晶体周围烟气温度随O_2流量增大而升高,而轴向最高温度则降低;增加喷嘴的中心孔径将使轴向最高温度、晶体熔帽温度和径向温度梯度降低,而喷嘴的H_2孔径对生长室内轴向和径向温度分布的影响不是很明显。     

导模法生长白宝石单晶中的缺陷观察

本文采用导模法生长出了白宝石（1102）片晶和（0001）棒晶．在此基础上实验观察了白宝石单晶中的位错、亚晶界和小品面等缺陷的形态、数量及分布,讨论了生长条件对它们的影响．结果表明,晶体生长速率和籽晶质量是影响晶体缺陷的两个主要因素．     

Theoretical study of the formation of deformation twins in GaAs crystals grown by the vertical gradient freeze method

The objective of this paper is to predict the twin formation in the Gallium Arsenide (GaAs) crystals grown by vertical gradient freeze (VGF) method at different growth parameters. The deformation twins are formed in the GaAs crystal during its growth processes from the melt. The thermal stresses generated by the temperature profile during the crystal growth can be the primary cause of deformation twin formation. Temperature gradients are depend on the geometrical and physical crystal growth parameters, such as crystal diameter and imposed temperature gradients on the surface of the solidifying crystal in VGF. A quantitative thermal stress model is developed here for predicting the twin formation in GaAs grown by VGF at different growth parameters. This investigation is expected to further the understanding of twin formation. This understanding will provide valuable information to crystal growers to study the influence of growth parameters on twin formation for growing low defect GaAs crystal.     

闪烁晶体的生长与宏观缺陷研究

用提拉法生长了Lu2Si2O7：Ce晶体，讨论了晶体生长过程中的几个问题；（1）熔体挥发；（2）晶体开裂；（3）层状包裹．生长过程中LPS和SiO2均存在挥发，其中后者占主导；LPS挥发不会造成组分偏析，因此对生长过程没有负面的影响．接种温度偏低导致晶体出现多晶化和晶体中较大的热应力是促使开裂发生的主要原因．层状包裹现象的出现主要是由于该晶体的结晶温度范围狭窄，熔体容易出现组分过冷，以及生长设备的温控系统精度不高等造成的．     

单晶高温合金晶体取向的研究进展

单晶高温合金晶体取向与轴向的偏离已成为单晶叶片的一个重要缺陷.简述了单晶生长过程中在不同界面形态下择优取向的转变规律,以及取向对枝晶形貌和尺度的作用;分析了不同取向晶粒的竞争机制,并展望了晶体取向今后研究发展方向;指出了温度梯度、界面形状、熔体等是影响单晶高温合金晶体择优取向的重要因素.     

氮化铝晶体生长技术的研究进展

氮化铝(AlN)是一种重要的宽带隙(6.2eV)半导体材料,在高温、高频、大功率电子器件、光电子器件、激光器件等半导体器件中有着良好的应用前景。物理气相传输法(PVT)是制备AlN体单晶最有效的途径之一,目前,美国Crystal IS公司、俄罗斯N-Crystals公司在该领域处于领先地位,可以制备出直径为2inch(5.08cm)的体单晶。为了获得大尺寸、高质量的AlN晶体,需要不断寻找合适的籽晶材料。从最早的SiC籽晶,发展到近年来的AlN籽晶、SiC/AlN复合籽晶,加上不断改进的PVT工艺条件,少数研究机构已经可以获得直径跨度大、缺陷密度低的AlN晶体。近两年,高品质的AlN晶体也已成功应用于紫外LED的研制。     

晶种容量表面积的低温脱硅动力学

研究了品种容量表面积的低温脱硅动力学，建立了低温脱硅动力学的经验公式及溶液中SiO2含量与脱硅时间的曲线方程，探索了晶种的选择及品种的循环利用。晶种容量表面积的作用是随溶液中SiO2介稳浓度的升高而增强，又随介稳浓度的降低而减弱。增大晶种容量表面积能加快脱硅速度。     

LEC法GaAs单晶生长中热应力分布研究

采用有限元法对LEC法生长的3英寸GaAs单晶中的热应力进行求解.假设晶体为轴对称的各向同性线弹性体.主要讨论了不同液封厚度、轴向磁场强度以及晶体转速下的流动和传热所对应的晶体中的热应力分布,同时也考察了界面形状对应力的影响.     

分凝对Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-38%PbTiO3单晶的成分及介电、压电性能的影响

研究了用改进的Bridgman法生长的PMNT62/38单晶在其生长过程中的分凝现象,研究了分凝导致的成分不均匀及其对介电和压电性能的影响.XRFA分析表明,PMNT62/38单晶底部的PbTiO3(PT)含量为x=35.2mol％,而顶部的PT含量为43mol％.底部晶体(001),(110)和(111)三种切型的晶片加电场极化后,其介电和压电性能出现了异常的现象.(110)切型的压电模量最大,为1200pC/N;(111)次之,为789pC/N;(001)最低,为371pC/N.极化后的(110)和(111)晶片在室温、1kHz频率下的相对介电常数(两种切型的εr都在10000左右),约为(001)晶片(ε_r-5000)的1倍,并且介电常数在低温端有上升的趋势.