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.     

蓝宝石晶体的生长方向研究

本实验采用提拉法,在中频感应加热单晶炉内,进行了不同生长方向蓝宝石晶体的生长工作,分别取[11-20]和[0001]生长的晶体c面(0001)的晶片.通过应力仪、显微观测和X射线衍射等方式对晶片的位错密度等微观缺陷以及晶体结构进行了检测.实验表明:不同的生长方向生长得到的蓝宝石晶体的质量存在一定的差别,一般情况下,[11-20]方向生长的蓝宝石晶体质量优于[0001]方向生长的晶体.     

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.     

泡生法生长大尺寸蓝宝石晶体的生长速率研究

采用晶体生长数值模拟软件CrysMAS对泡生法生长蓝宝石晶体过程的温场进行了研究,利用数值模拟结果来调节晶体生长实验的生长速率,成功的长出了质量为91.3 kg的高质量蓝宝石晶体,并将模拟结果与实验结果进行了对比.结果表明:数值模拟结果能很好的反映出晶体在不同时刻的生长状态.晶体在生长初期应保持较低的生长速度,在等径生长阶段,晶体的最大生长速度应低于1002 g/h.     

泡生法生长蓝宝石晶体中的气泡分布

气泡是蓝宝石晶体中的主要缺陷之一.本文中研究了采用泡生法生长蓝宝石晶体中气泡的俘获机理以及在晶体中的分布情况.研究结果表明气泡的分布与温场的结构相关,气泡产生的直接原因是结晶前沿较快的晶体生长速度.晶体中的气泡可以通过对生长速率的适当调整予以消除.     

泡生法生长大尺寸蓝宝石单晶的等径控制方法

在泡生法生长大尺寸蓝宝石单晶的过程中,为了获得高质量的晶体,精确等径控制至关重要.本文根据晶体的重量变化率来控制热场,实现晶体等径生长.设计了应用在线整定多项式权值的广义最小方差(OAPW_GMV)控制方法,并建立了系统模型.该方法的主要思想是根据在线估计的被控对象参数及OAPW_GMV的输出,调整多项式的权值,实现炉内的热场控制.仿真和实验结果表明该控制方法实现了蓝宝石单晶的精确等径控制,有效地提高了蓝宝石单晶的质量.     

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.     

浙江晶盛机电股份有限公司再创佳绩 ——首颗700 kg级超大尺寸蓝宝石晶体生长成功

2020年12月22日,由浙江晶盛机电股份有限公司(简称晶盛机电)研发中心晶体实验室和子公司内蒙古晶环电子材料有限公司(简称晶环电子)共同研发的首颗700 kg级蓝宝石晶体成功出炉.这是晶盛机电继2017年国内首颗300 kg级蓝宝石晶体面世、2018年成功生长450 kg级蓝宝石晶体之后,实现长晶技术三级跳,成功研发...     

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.     

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。