[發明專利]一種磷硅鎘多晶料的高壓合成裝置及方法

有效

• 申請號: 202010068928.9
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111254492B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 張國棟;程奎;張龍振;陶緒堂
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C30B28/02
• 分類號: C30B28/02;C30B29/10
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王素平

本發明提供了一種磷硅鎘多晶料的高壓合成裝置及方法，所述裝置包括合成料舟、可密封石英管、高壓爐體、溫度控制單元、壓力控制單元；所述高壓爐體包括外殼、加熱元件、高壓爐管，所述加熱元件與外殼之間設置有保溫層，所述高壓爐管開口端配有法蘭，另一端封口；所述溫度控制單元包括控溫熱電偶和溫度控制儀表，所述控溫熱電偶兩端分別與溫度控制儀表和加熱元件連接；所述壓力控制單元包括依次連接的進氣閥、壓力表、排氣閥、安全泄壓閥，所述進氣閥另一端與高壓爐管開口端連接；所述可密封石英管位于高壓爐管內，所述合成料舟位于可密封石英管內。采用該裝置可單次制備出大批量的高純度的磷硅鎘多晶料，用于高質量的磷硅鎘單晶生長。

技術領域

本發明涉及一種磷硅鎘多晶料的高壓合成裝置及方法，屬于晶體生長技術領域。

背景技術

中遠紅外激光在軍事和民用領域有諸多應用，利用紅外非線性光學晶體對現有激光進行光學頻率下轉換是獲得3μm以上連續可調諧的中遠紅外激光的主要途徑。目前商品化的紅外非線性光學晶體有磷鍺鋅，硫鎵銀，硒鎵銀等。磷鍺鋅具有優秀的非線性光學性能及熱學性能，可以產生高功率的中紅外激光，但是由于磷鍺鋅在1μm左右存在較大的光學吸收，故不能用更為成熟的1μm左右的光源泵浦，泵浦源受到了嚴重的限制。而硫鎵銀和硒鎵銀的非線性光學系數及熱導率均較低，滿足不了高功率中遠紅外激光的輸出要求。

磷硅鎘(CdSiP₂)晶體具有帶隙大(E_g＝2.4eV)、熱導率高(13.6W/mK)、硬度適中，無熱透鏡效應，抗激光損傷閾值大，非線性光學系數非常高(d₃₆＝84pm/V)，以及雙折射率適中等優點，可實現寬波長范圍的調諧激光輸出。它是所有的無機晶體中唯一可以用1064nm的激光泵浦并實現非臨界位相匹配，從而輸出6μm波段激光的晶體，在醫學診療中具有重要的應用前景。采用2μm的激光光源泵浦時，光光轉換效率已達到60％以上，超過了磷鍺鋅晶體。另外，它還可以用1.5μm的激光泵浦實現3-5μm紅外可調諧激光的輸出。磷硅鎘晶體大的非線性系數、高的熱導率以及寬的帶隙使其成為產生高功率中遠紅外激光的一種很有前途的非線性光學材料，成為近年來紅外非線性光學材料制備研究的熱點。

然而，磷硅鎘晶體的熔點高達1133℃，接近合成中所用石英安瓿的軟化溫度。在熔點附近下，其飽和分解壓高達22atm，并且高溫下磷硅鎘易與石英反應，很容易導致合成坩堝的爆炸。如此高的溫度和分解壓使高純磷硅鎘的多晶料合成非常困難，對設備和合成工藝要求高。中國專利文獻CN102168305A(申請號：201110083363.2)公開了磷硅鎘多晶料的單溫區合成方法，然而單溫區法在合成大批量的磷硅鎘原料時會導致石英管的爆炸。中國專利文獻CN102191541A(申請號：201110083468.8)公開了磷硅鎘多晶料的雙溫區合成方法及裝置，而上述雙溫區法在合成過程中產生的磷鎘二元相易揮發，控制較為復雜，合成的磷硅鎘中易產生磷鎘的二元雜相。中國專利文獻CN102344126A(申請號：201110167404.6)公開了一種磷硅鎘多晶體的合成方法與合成容器，采用雙層石英坩堝，在內層坩堝內裝原料，內層和外層坩堝間充入1.0-2.5atm的氮氣以部分抵消內層坩堝中的壓力。然而此方法操作復雜，且需要消耗較多的石英坩堝。

發明內容

針對現有技術的不足，尤其是針對現有技術中磷硅鎘多晶料合成中合成溫度高，特別是批量多晶料合成中合成壓力大，石英安瓿易爆炸的難點，本發明提供了一種磷硅鎘多晶料的高壓合成裝置和方法。本發明的方法安全可靠，并且操作簡單，可獲得大批量高純度的磷硅鎘多晶料。

術語說明：

室溫：25±5℃。

本發明的技術方案如下：

一種磷硅鎘多晶料的高壓合成裝置，包括合成料舟、可密封石英管、高壓爐體、溫度控制單元、壓力控制單元；

所述的高壓爐體包括外殼、加熱元件、高壓爐管，所述的加熱元件與外殼之間設置有保溫層，所述的高壓爐管開口端配有法蘭，另一端封口；