[發明專利]金紅石晶體的生長方法

有效

• 申請號: 201310069994.8
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN103173846B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 葉寧;張犁園
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C30B9/12
• 分類號: C30B9/12;C30B29/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種單晶的生長方法，具體地說是涉及金紅石晶體的助熔劑生長方法。

背景技術

TiO₂具有三種不同結構形式，金紅石結構是最穩定的。金紅石因具有優異的物化性能在多個領域中有廣泛的應用，1）金紅石晶體的折射率2.9，是所有材料中最大的，被用于特殊的光學棱鏡和光集成器件的制造，在集成光學及未來的光計算機方面將有大的應用。2）它是典型的單軸晶體具有相當大的雙折射值（△n=0.22）。且化學性質比較穩定，可克服傳統使用的方解石易潮解的缺點，現主要就是金紅石和YVO₄。金紅石與YVO₄配合使用還具有很好的溫度補償效應。3）金紅石晶體在410nm和1000nm處有兩個強的光吸收。410-7000nm是金紅石晶體的光通過區域，透過區域從可見至中紅外波段，是比較好的紅外窗口材料。但傳統的焰熔法及提拉法等通常會產生氣泡、云層、裂紋等宏觀缺陷及氧空位等本征缺陷，難以獲得有應用價值的高質量單晶體。

發明內容

本發明目的在于采用新的助熔劑體系生長金紅石晶體，為金紅石晶體在光通訊領域的應用打下基礎。

晶體生長實驗程序如下：

（1）按照TiO₂：BaCO₃：B₂O₃摩爾比為1：0.3～2：0.5～4的最佳比例稱量，采用高純度的二氧化鈦、碳酸鋇、氧化硼等各種原料混合均勻，經過多次添料熔融之后，裝入鉑坩堝，置于馬弗爐中熔融，每次熔化時間不少于2小時，然后將鉑坩堝自然冷卻至室溫。冷卻后的鉑坩堝放入生長爐中，使用鉑攪拌桿對熔體進行攪拌，使得熔體能夠完全熔解。將生長爐的溫度恒定在1350℃左右，恒溫24～72小時，然后取出鉑攪拌桿，降溫至飽和溫度附近，用籽晶嘗試法尋找晶體生長的飽和溫度。找到飽和溫度之后，在飽和溫度以上10～25℃，將已固定在籽晶桿上的籽晶引入至熔體表面，在恒溫30～60分鐘后，降溫至飽和溫度附近。籽晶用不同方法固定于籽晶桿上，進行晶體生長的籽晶取向為垂直于水平液面，方向為（001）方向。

（2）晶體開始生長。在整個生長過程中，可通過調節降溫速率或晶體轉動速率或晶體轉動的方向或他們的組合，來控制晶體的生長速度。在晶體生長初期，可以恒溫1～3天，根據肉眼觀察判斷籽晶的生長狀態，或降溫或恒溫或升溫以控制晶體的初期生長，待進入正常狀態后，以0.1～5℃/天的速率降溫，同時以0～30轉/分的速率旋轉晶體。晶體生長參數為1330-1200℃。在不同的生長階段，可視情況的變化，采用不同的轉速或轉動方向，直至晶體達到所需的尺寸。

（3）晶體生長結束后，出爐方式是提升籽晶桿，使晶體脫離液面，以不大于50℃/h的速率降溫至室溫。

具體實施方案

實施例1：

按照TiO₂：BaCO₃：B₂O₃摩爾比為9：4：6，稱取TiO₂149.33克、BaCO₃ 163.93克、B₂O₃91.08克，將這三種原料一起裝入混料桶中混合均勻，原料分多次倒入Φ60mm的鉑坩堝中，置于馬弗爐中熔化，每次填料后原料熔化時間不少于2小時，將冷卻后的鉑坩堝放入生長爐中，升溫至1350℃，并攪拌熔體，恒溫72小時，停止攪拌后用籽晶嘗試法尋找晶體生長的飽和溫度，在飽和溫度以上20℃恒溫，將生長籽晶緩慢地下至熔液表面,籽晶的取向為（001）方向，溫度降至飽和溫度附近，恒溫生長72小時，再根據晶體的生長狀況，或升或降或恒溫。晶體進入正常生長狀態后，以0.5℃/天的速率降溫，并伴以9轉/分的速率轉動，隨著晶體的生長調整降溫速率。當降溫約為25℃左右時，停止轉動，晶體生長結束，提起晶體，以30℃/小時的速率退火至室溫。獲得25×25×10mm³的無色透明單晶。