本發(fā)明涉及晶體生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種泡生法藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)速率對(duì)固液界面的影響。

背景技術(shù)：

泡生法晶體生長(zhǎng)是由液相不斷轉(zhuǎn)變成固相的過程，在該過程中，分子從無序堆積轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袑?duì)稱性結(jié)構(gòu)的有序陣列，即通過固液界面的定向移動(dòng)來逐漸完成。

在晶體制備的過程中，把固液界面的形變量和溫度梯度控制在合理的范圍內(nèi)是提高晶體質(zhì)量的關(guān)鍵。通常改變固液界面的形狀可以通過調(diào)整爐體的結(jié)構(gòu)參數(shù)或工藝控制參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，而生長(zhǎng)速率是實(shí)際晶體生長(zhǎng)過程中可以人工控制的一個(gè)重要工藝參數(shù)。晶體生長(zhǎng)過程中，較大的生長(zhǎng)速率可以提高生產(chǎn)效率，但是過大的生長(zhǎng)速度，也會(huì)產(chǎn)生不利的影響，影響質(zhì)量，降低晶體的利用率；了解生長(zhǎng)速率在各生長(zhǎng)階段產(chǎn)生的影響，才能做到提高生長(zhǎng)速率的同時(shí)而不影響晶體質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種泡生法藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)速率對(duì)固液界面的影響。

一種泡生法藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)速率對(duì)固液界面的影響，其特征在于步驟如下：

(1) 放肩階段，固液界面凸出度及溫度梯度較大，此階段較大的溫度梯度有利于晶體穩(wěn)定生長(zhǎng)；

(2) 等徑階段，固液界面凸出度較小，溫度梯度隨晶體生長(zhǎng)呈減小趨勢(shì)。此階段晶體生長(zhǎng)速率對(duì)固液界面的影響較明顯。

所述步驟（1）中合理生長(zhǎng)速率范圍為0~2 mm/h。

所述步驟（1）固液界面處溫度梯度減小。

所述步驟（2）生長(zhǎng)速率范圍2~5 mm/h。

所述步驟（2）中固液界面形狀、結(jié)晶區(qū)域溫度梯度均隨生長(zhǎng)速率的增加而減小。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：泡生法中，晶體生長(zhǎng)速率等于單位時(shí)間固液界面向熔體移動(dòng)的距離，即單位時(shí)間晶體生長(zhǎng)的高度。因泡生法生長(zhǎng)藍(lán)寶石過程十分緩慢，生長(zhǎng)速率大約控制在 0.5~5.0 mm/h的范圍內(nèi)[1,7]。晶體的生長(zhǎng)速率與晶體、熔體的熱傳導(dǎo)系數(shù)和晶體、熔體的溫度梯度有關(guān)；只有當(dāng)KS▽T|S > KL▽T|L時(shí)，晶體才會(huì)向下生長(zhǎng)。在晶體熱傳導(dǎo)系數(shù)KL = 2.05 W/(mk)、熔體熱傳導(dǎo)系數(shù)KS = 5.8 W/(mk)固定的情況下，增大晶體溫度梯度，減小熔體溫度梯度，晶體生長(zhǎng)速率越快，反之亦然。

附圖說明

圖1是本發(fā)明在3.6 kg放肩階段固液界面形狀圖；

圖2是本發(fā)明在21 kg等徑階段固液界面形狀圖；

圖3是本發(fā)明在60 kg等徑階段固液界面形狀圖；

圖4是本發(fā)明對(duì)應(yīng)的固液界面凸出度；

具體實(shí)施方式

一種泡生法藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)速率對(duì)固液界面的影響，其特征在于步驟如下：

(1) 放肩階段，固液界面凸出度及溫度梯度較大，此階段較大的溫度梯度有利于晶體穩(wěn)定生長(zhǎng)；在生長(zhǎng)速率范圍0~2 mm/h內(nèi)，晶體生長(zhǎng)速率加快，固液界面凸出度減小，固液界面處溫度梯度減小，但減小幅度很小。

(2) 等徑階段，固液界面凸出度較小，溫度梯度隨晶體生長(zhǎng)呈減小趨勢(shì)；此階段晶體生長(zhǎng)速率對(duì)固液界面的影響較明顯；在生長(zhǎng)速率范圍2~5 mm/h內(nèi)，固液界面形狀、結(jié)晶區(qū)域溫度梯度均隨生長(zhǎng)速率的增加而減?。煌ㄟ^調(diào)節(jié)晶體生長(zhǎng)速率來控制晶體生長(zhǎng)過程中固液界面的形變量和結(jié)晶區(qū)域的溫度梯度，保證晶體生長(zhǎng)可以有較高的安全生長(zhǎng)率。

實(shí)施例1

固液界面的形變程度是影響晶體質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)，在泡生法生長(zhǎng)藍(lán)寶石中，固液界面的熱量傳遞主要包括來自坩堝側(cè)壁的熱傳導(dǎo)、熔體中的熱對(duì)流以及結(jié)晶潛熱的釋放。固液界面附近沿徑向方向的熱傳遞會(huì)受到抑制，而沿中心軸向正方向的熱傳遞相對(duì)較強(qiáng)，從而造成固液界面凸向熔體[8]。凸界面生長(zhǎng)時(shí)，界面相對(duì)穩(wěn)定，有利于單晶的形成，有利于雜質(zhì)和氣泡的排出，因此，使固液界面形狀保持一定的凸度是獲得較高質(zhì)量晶體的一個(gè)重要特征。

臺(tái)灣中央大學(xué)Chen 和Lu提出用凸出度來描述固液界面的形變量，將其定義為界面的軸向高度差。

D = MaxZh - MinZh

式中：Zh為軸向上固液界面的高度。

如圖1-3 所示a、b、c分別為生長(zhǎng)至3.6 kg放肩階段、生長(zhǎng)至21 kg等徑階段、生長(zhǎng)至60 kg等徑階段，不同生長(zhǎng)速率下固液界面的形狀，圖4為對(duì)應(yīng)的固液界面凸出度。

從圖1-4中我們可以看出，放肩階段固液界面形變隨生長(zhǎng)速率變化很小，進(jìn)入等徑生長(zhǎng)階段，生長(zhǎng)速率的影響越加明顯。

放肩階段，當(dāng)生長(zhǎng)速率處于0~2 mm/h范圍內(nèi)時(shí)，晶體生長(zhǎng)速率對(duì)固液界面影響很小，可忽略不計(jì)。而生長(zhǎng)速率大于2 mm/h時(shí)，固液界面形變隨著生長(zhǎng)速率的增加變大。在放肩階段凸出度較大，達(dá)95 mm以上，這是由于放肩階段晶體直徑不斷增加，晶體表面輻射散熱的增加，造成固液界面形變量大[10]，此階段應(yīng)控制生長(zhǎng)速率在0~2 mm/h范圍內(nèi)，避免生長(zhǎng)速率造成固液界面形變量更大。

等徑階段，生長(zhǎng)速率大于2 mm/h，固液界面的形狀和凸出度隨著晶體生長(zhǎng)速率的增加而減小，這是由于提高生長(zhǎng)速度，促進(jìn)了結(jié)晶潛熱的釋放，從而抑制了固液界面向熔體的推進(jìn)，此階段界面平緩更有利于制備高質(zhì)量晶體，適量加大生長(zhǎng)速率可以有效的降低晶體生長(zhǎng)過程中的固液界面的形變量。