不同运动方式KDP单晶生长流动与物质输运数值分析

针对两种不同运动方式下的KDP单晶生长,进行了流动与物质输运模拟.分析和比较了不同运动方式下,晶面附近溶液流动及晶面过饱和度分布特征.研究了晶体尺寸对晶面过饱和度场的影响.结果表明:二维运动法中,晶面遭受的水动力学条件较为复杂,使得其过饱和度分布不如转晶法规则;二维运动法锥面过饱和度明显高于转晶法;单位周期内,转晶法晶面平均过饱和度存在较大波动,而二维运动法过饱和度随时间变化较小;总体上看,小尺寸晶体时,二维运动法晶面过饱和度梯度小于转晶法;大尺寸晶体时,二维运动法晶面过饱和度梯度大于转晶法.     

不同运动方式KDP单晶生长流动与物质输运数值分析

针对两种不同运动方式下的KDP单晶生长,进行了流动与物质输运模拟。分析和比较了不同运动方式下,晶面附近溶液流动及晶面过饱和度分布特征。研究了晶体尺寸对晶面过饱和度场的影响。结果表明:二维运动法中,晶面遭受的水动力学条件较为复杂,使得其过饱和度分布不如转晶法规则;二维运动法锥面过饱和度明显高于转晶法;单位周期内,转晶法晶面平均过饱和度存在较大波动,而二维运动法过饱和度随时间变化较小;总体上看,小尺寸晶体时,二维运动法晶面过饱和度梯度小于转晶法;大尺寸晶体时,二维运动法晶面过饱和度梯度大于转晶法。     

流动对ZTS晶体(100)面台阶生长动力学影响的研究

通过利用光学显微镜对ZTS晶体(100)面的台阶推移过程进行实时观察,对不同溶液供应速度及不同过饱和度下的台阶生长动力学进行了研究。结果表明,随着溶液供应速度S的增大,台阶平均推移速率先增大后减小。溶液供应速度S≈1.2mL/min时,台阶平均推移速率达到最大。而在静止的生长溶液中,台阶平均推移速率随着过饱和度σ的增大呈非线性增大,同时确定了生长死区σd和台阶平均推移速率急剧增大时的临界过饱和度值σ*,并计算了不同过饱和度阶段的台阶动力学系数和台阶活化能。     

喷流转晶法KDP晶体生长系统的流动与传质模拟

提出了一种通过锥顶喷流改善KDP锥面过饱和度的晶体生长方法。采用有限体积法和滑移网格技术,对传统转晶法及喷流转晶法的KDP晶体生长过程进行了数值模拟。展示了两种生长方式下晶体表面过饱和度时均分布云图及均方差,分析了不同转速、不同喷流速度、不同晶体尺寸对晶面时均过饱和度及均方差的影响。结果表明:相比于传统转晶法,喷流转晶法晶体的锥面过饱和度提高且表面均匀性增加。提高喷流速度可以进一步提高锥面过饱和度,但其均方差却呈现先减小后增大的变化。旋转速度的增加能提高锥面过饱和度并减小其均方差。此外,晶体尺寸也会在一定程度上影响喷流的效果。     

pH值对ADP晶体(100)面生长的影响

通过对40℃、不同pH值和过饱和度下ADP晶体(100)面法向生长速度的研究,发现在同一过饱和度下,改变pH值后晶面的生长速度明显加快。实验数据显示,在过饱和度较低时,(100)面的生长以螺旋位错生长机制为主;过饱和度较高时,以二维成核生长机制为主,而且pH值的改变会促使ADP晶体在较低的过饱和度下就从位错生长机制向二维成核生长机制转变。利用实验数据计算出了不同pH值下、二维成核生长机制控制晶体生长时的台阶棱边能。最后,运用原子力显微镜(AFM)非实时观察了不同过饱和度、不同pH值下生长的ADP晶体(100)面的微观形貌,发现与正常pH值相比,在较低的过饱和度下,pH=2.5和5.0的晶面上就出现了二维核。     

KDP晶体(100)面生长台阶聚并现象的AFM研究

采用激光偏振干涉手段实时测量了KDP晶体(100)面的生长速度与过饱和度之间的关系,用AFM技术观察了KDP晶体(100)面在不同过饱和度下的基本台阶和聚并台阶形貌,并据此分析了由基本台阶到聚并台阶的过程及其与过饱和度之间的关系.研究表明:过饱和度为1.8%时,(100)面上以基本台阶为主,基本台阶的高度为0.366 nm,约为半晶胞高度;增大过饱和度,基本台阶开始聚并,聚并初期,台阶高度增加,进而台阶宽度增加;随着过饱和度的增大,台阶聚并加剧,推移速度加快,但聚并台阶的斜率基本不变.     

简立方晶体（001）晶面生长的蒙特卡罗模拟

通过对简立方晶体(001)晶面生长的蒙特卡罗模拟,获得了不同晶体表面热粗糙度,不同过饱和度,不同平均扩散距离以及不同表面尺寸下晶体生长速率;同时,应用舍维数法,计算了表面分形维数;并对表面形貌及描述表面特性的相关参量作了分析.结果表明,法向生长模式和二维核生长模式,包括单核和多核生长模式,都可能出现,其主要取决于热粗糙度和过饱和度的大小.晶体生长速率与表面的微观特性紧密相关,如扭折、台阶、台面和吸附基元的百分比.     

ZTS晶体(100)面生长过程的实时AFM研究

利用原子力显微镜(AFM)对不同生长条件下ZTS晶体(100)面生长过程进行实时观测发现,(100)面均呈现为台阶面,台阶分单台阶、聚并台阶和准聚并台阶3种。位错、缺陷和二维成核均可形成单台阶;聚并台阶以整体推移的方式生长,而准聚并台阶内的单台阶保持单台阶推移的特点。单台阶的推移展现出明显的各向异性。聚并台阶的聚并程度随着过饱和度增大而增大;台阶簇内台阶合并和不同生长源生成的沿不同推移方向推移的台阶相互影响引起台阶运动失稳均能导致聚并台阶的形成;聚并台阶列同步向前推移体现出生长的稳定性,随着生长进行,生长台阶各个位置的过饱和度差异会导致稳定性遭到破坏。另外发现,晶体表面存在优先成核位置,优先成核位置位于台阶边缘,且成核过程遵循成核—扩展—再次成核的规律性。     

实时控制过饱和度降温法生长KDP晶体

用变压器型电导仪实现了ＫＤＰ晶体生长过程中溶液的浓度和过饱和度的实时测量与控制,测量精度±０．０３ｇ ＫＤＰ／１００ｇ Ｈ_２Ｏ（±０．１０％相对过饱和度）,控制精度与测量精度相当．过饱和度实时控制系统提供了一种方法,可以研究在不同工艺条件生长ＫＤＰ晶体时,过饱和度与晶体生长和性能的关系．用分析纯原料生长ＫＤＰ晶体,发现随着过饱和度的增大,晶体的生长速度加快,晶体的均匀性降低．过饱和度实时控制系统可以使ＫＤＰ晶体在相对恒定的过饱和度下生长,提高了晶体生长的均匀性,抑制了生长层和散射颗粒的产生,有利于提高晶体的光学透过率和光伤阈值．     

L-丙氨酸掺杂下KDP晶体成核特性及生长实验研究

通过实验测定了L-丙氨酸掺杂下KDP溶液的亚稳区和诱导期,根据经典成核理论计算了晶体成核的热力学和动力学参数,分析了L-丙氨酸对KDP溶液成核特性的影响。结果表明,随着掺入的L-丙氨酸浓度的增大,KDP的溶解度减小,亚稳区变宽,诱导期变长,溶液更加稳定。采用吊晶法进行了KDP晶体生长实验,发现其(100)面法向生长速度随掺杂浓度增大而减小,在过饱和度σ>0.04时,晶体(100)面的生长以二维成核生长机制为主。