泡生法90公斤级蓝宝石晶体的生长与研究

采用泡生法生长蓝宝石晶体(α-Al2 O3单晶),针对蓝宝石晶体的结晶性质和生长工艺条件展开了研究,解释了蓝宝石晶体中气泡的形成机制并提出了相应的解决方法,成功生长出了90公斤级大直径蓝宝石晶体.     

改进热交换法生长蓝宝石晶体的气泡研究

采用改进的热交换法生长的蓝宝石晶体,气泡是其主要缺陷之一.本文采用数值模拟研究了晶体生长过程中氦气流量对坩埚内温场、固液界面形状的影响.并结合晶体生长实验结果,分析了在实际的晶体生长过程中,氦气流量的线性增加对晶体内气泡的尺寸、形态和分布的影响.     

水平定向结晶法生长大尺寸板状蓝宝石缺陷研究

采用水平定向结晶法(HDS)成功生长出了质量优异的板状蓝宝石晶体.利用光学显微镜,扫描电镜(SEM),并结合化学腐蚀法对生长出的蓝宝石晶体不同位置的样品进行宏观缺陷及微观位错形貌的观测和研究,分析了水平定向结晶法生长蓝宝石晶体的宏观缺陷类型和位错的形貌,探讨了该缺陷在晶体中的分布规律及其形成原因.实验结果发现晶体的宏观缺陷主要包括气泡和包裹体.并结合能谱(EDS)测试包裹体的成分,分析其形成的原因.结果表明块状或絮状的小尺寸包裹体主要是由于C,Si杂质聚集原料中的其它杂质形成;长条形或圆形的大尺寸包裹体是由于Al,O元素的化学计量比严重适配,造成固液界面局部组分过冷形成.结合化学腐蚀法,发现该晶体的位错形貌均为三角型腐蚀坑,并探讨了晶体中位错的形态.     

导模法生长超大尺寸蓝宝石板材的研究

采用自主设计制造的导模炉,通过热场模拟辅助设计出理想的模具表面温度分布,采用两段加热的方式控制晶体的应力和气泡缺陷,选择合适的提拉速率控制气泡层的分布,成功生长了高质量超大尺寸蓝宝石单晶板材,蓝宝石板材可利用尺寸690 mm×300 mm×12 mm.摇摆曲线半高宽为0.0163°,说明晶体具有良好的结晶质量.5 mm厚度样品的透过光谱测试表明,透过率与用其它晶体生长方法的晶体相同.     

450kg泡生法蓝宝石晶体成功生长

采用自主研制的泡生法长晶炉,成功生长出全球最大的450 kg蓝宝石晶体,可加工形成615 mm×415 mm大尺寸蓝宝石面板,气泡度达到A级以上.该晶体可产出6000 mm长、4 inch直径的LED级晶棒,单位毫米成本相比150kg晶体下降45;以上.     

蓝宝石晶体热性能的各向异性对SAPMAC法晶体生长的影响

采用有限元法对冷心放肩微量提拉法蓝宝石晶体生长过程中晶体内的温度、应力分布进行了模拟计算,结合实验结果讨论了蓝宝石晶体热性能的各向异性对晶体生长的影响.研究结果表明,对于冷心放肩微量提拉蓝宝石晶体生长系统,较大的轴向热导率有利于提高晶体的生长速率和界面稳定性,而稍大的径向热导率则有利于保持微凸的生长界面.晶体内的热应力受径向热膨胀系数的影响显著,随着径向热膨胀系数的增大而增大,最大热应力总是出现在籽晶与新生晶体的界面区域.在实验中选α轴为结晶取向,成功生长出了直径达230mm、高质量蓝宝石晶体.     

多片导模法蓝宝石晶体的缺陷研究

使用导模法(EFG)生长了多片a面蓝宝石晶体。显微拉曼光谱结合电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测试得出晶体的气泡中可能存在含S化合物。晶体表面明显的生长条纹主要与温度、生长速度的波动以及模具的加工精度有关。化学腐蚀分析表明晶体位错密度在4.2×10⁴ cm^-2,未存在小角度晶界缺陷,双晶摇摆曲线半峰宽(FWHM)为70.63″。由于采用石墨保温材料,晶体中存在F心与F⁺色心。晶体在400~3 000 nm波段透过率高于80%,空气中退火后可减弱色心吸收。本文研究结果可为蓝宝石晶体缺陷形成理论研究提供参考,也可为导模法蓝宝石工业生产技术改进提供借鉴。     

泡生法不同轴向蓝宝石的生长和光谱特性研究

应用自行研发的泡生法蓝宝石设备生长了a向及c向蓝宝石晶体,测量了它们的吸收光谱、摇摆曲线,采用KOH腐蚀并观察了两种不同生长方向的晶体缺陷,对两种不同生长方向晶体缺陷的差异进行了分析.结果表明采用a向籽晶生长的蓝宝石晶体透过率略优于c向籽晶生长的晶体,a向生长晶体晶格完整性高于c向生长晶体,c向生长的蓝宝石晶体位错密度明显高于a向生长的蓝宝石晶体.     

导模法(EFG)生长大尺寸厚壁管状蓝宝石单晶

采用自行设计的导模法蓝宝石长晶装备,通过优化模具设计和长晶工艺,成功生长了内/外径分别为31/58 mm和50/65 mm,长度超过300 mm的大尺寸厚壁蓝宝石单晶圆管,无开裂多晶,无肉眼可见气泡,晶体质量优良.     

导模法蓝宝石单晶的位错缺陷及其力学性能的研究

采用导模法生长了a向,尺寸为60 mm ×5 mm ×300 mm的蓝宝石单晶片,采用化学腐蚀-金相显微镜法观测了其(0001)晶面的位错特征,并且采用INSTRON-1195万能试验机测试了抛光样品的弯曲强度.结果显示:当晶体中位错缺陷分布均匀时,在外部弯曲应力下,蓝宝石晶体发生特定晶面的高强解理断裂,位错密度的升高对蓝宝石弯曲强度没有明显损害作用.然而当晶体中出现位错密排结构时,蓝宝石单晶常温弯曲强度迅速下降.