[發(fā)明專利]一種水熱法生長氟硼鈹酸鉀/鈉單晶體的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610072715.3
• 申請日: 2006-04-07
• 公開（公告）號: CN101050547A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡章貴;陳創(chuàng)天;劉有臣;張昌龍;王曉洋;周衛(wèi)寧
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院理化技術(shù)研究所;桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B7/10
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王鳳華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電子材料領(lǐng)域，具體地說是涉及一種用水熱法生長氟硼鈹酸鉀/鈉單晶體的方法。

背景技術(shù)

紫外、深紫外全固態(tài)相干光源是目前人類在光電子領(lǐng)域所追求的最重要的目標之一。相對其它非線性光學材料，硼酸鹽主要優(yōu)點是在波長到155nm的深紫外區(qū)仍有高的透過率和高的抗光損傷閾值，使得其可以在深紫外波段產(chǎn)生相干光輸出。例如氟硼鈹酸鉀(KBe₂BO₃F₂，以下簡稱KBBF)是目前唯一可以直接倍頻產(chǎn)生200nm以下相干光的晶體。這種特性使該晶體在以下方面具有應(yīng)用前景：一方面，用KBBF實現(xiàn)193nm的全固體相干光源，應(yīng)用于目前半導體集成電路行業(yè)最新一代的193nm光刻技術(shù)系統(tǒng)中的對準和檢查光源，以及用于蛋白質(zhì)的切割，基因的改造、修補等的“生物刀”，這種應(yīng)用是未來生命科學的一種重要手段。另一方面，用KBBF實現(xiàn)mW級Ti:sapphire激光的可調(diào)諧四倍頻輸出(200nm-180nm)，并可能實現(xiàn)10mW級177.3nm的Nd:YVO₄激光的六倍頻輸出，這些新的相干光源將為下一代高分辨率激光光電子能譜儀的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。類似地，氟硼鈹酸鈉(NaBe₂BO₃F₂，以下簡稱NBBF)也具有和KBBF相似的深紫外非線性光學優(yōu)異性能。

現(xiàn)有技術(shù)通常采用熔鹽法(也叫高溫溶液法、助熔劑法)生長這類晶體，但是很難生長出大尺寸、高質(zhì)量的單晶。以KBBF晶體的生長為例，因為該晶體在820℃左右分解，所以采用熔鹽法生長KBBF時，在尋找助熔劑體系時受到很大限制。生長的KBBF晶體有兩個缺點：第一，通常得到的KBBF晶體的尺寸厚度在3毫米以下，并且顯示出強烈的層狀結(jié)構(gòu)特點；第二，用助熔劑生長KBBF晶體，由于生長溫度較低(必須低于820℃)，熔體粘性大，熔質(zhì)的輸運受到很大限制，生成態(tài)KBBF晶體的完整性較差。

正是因為使用助熔劑的高溫溶液法生長的KBBF晶體存在著上述兩個缺陷，所以到目前為止，所有獲得應(yīng)用的KBBF器件都是采用一種特殊的棱鏡耦合技術(shù)。同時，某些重要性質(zhì)(如折射率等)無法精確測定而只能采用折中方法估算。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有使用熔鹽法生長氟硼鈹酸鉀/鈉單晶體時，很難得到c方向較厚的晶體，且晶體質(zhì)量較差，不利于應(yīng)用的缺陷，從而提供一種能生長大尺寸，尤其是c方向具有較大線度的氟硼鈹酸鉀/鈉單晶體的使用碎晶體作為初始原料的水熱制備法。

本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供的水熱法生長氟硼鈹酸鉀/鈉單晶體的方法，其為在高壓釜中，利用高溫高壓的純水，或酸、堿、鹽的溶液使得氟硼鈹酸鉀/鈉溶解并再結(jié)晶生長單晶體的方法，具體步驟如下：

采用氟硼鈹酸鉀/鈉的碎晶20～250g作為營養(yǎng)料，將其放置于反應(yīng)腔尺寸為(24～60)mm×(180～1200)mm的黃金襯套中的底部，按60～80％的充滿度，在黃金襯套中加入含有0～2.0mol/L礦化劑的去離子水或蒸餾水溶液，調(diào)整溶液的pH值在2.0～10.0之間；在營養(yǎng)料的上方放置一個開孔率為7～10％的黃金擋板，將溶解區(qū)和生長區(qū)隔開；在黃金襯套的頂部懸掛由熔鹽法晶體生長所得加工而成c方向的氟硼鈹酸鉀/鈉晶體作為籽晶；然后將黃金襯套密封，放入高壓釜中，在高壓釜和黃金襯套的夾層中加入一定量的去離子水或蒸餾水，使得在隨后晶體生長時的高溫狀態(tài)時，黃金襯套內(nèi)外壓力平衡，不致于因為襯套內(nèi)壓力大于襯套外壓力而破裂，也不致于因為襯套內(nèi)壓力小于襯套外壓力而被壓癟；將高壓釜用密封蓋密封后，加熱，使得上溫(生長區(qū))平均溫度為300～450℃，下溫(溶解區(qū))平均溫度為400～500℃，壓力P≤200MPa；經(jīng)過10～90天的恒溫生長，即可得到氟硼鈹酸鉀/鈉單晶體。

所述的氟硼鈹酸鉀/鈉的碎晶為將熔鹽法生長的、大小約為10mm×20mm×(2～3)mm或其它尺寸的氟硼鈹酸鉀/鈉(KBBF或NBBF晶體)破碎至粒徑為2～4mm的顆粒；

所述的礦化劑為選自酸類化合物、含硼化合物、含有堿金屬元素或堿土金屬元素的氫氧化物、碳酸鹽和鹵化物中的一種或多種；

所述的酸類化合物優(yōu)選硼酸、鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸、磷酸、碳酸或氫硫酸；

所述的含硼化合物為氧化硼或硼酸鹽，如硼酸鈉、硼酸鉀等；

所述的堿金屬元素或堿土金屬元素的氫氧化物為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、或氫氧化鋇等；

所述的碳酸鹽為碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸鈉或碳酸鉀碳酸鈉或碳酸鉀等；