用数学模型计算生长大尺寸光学晶体加热系统结构第2部分-在Ф400mm CaF2晶体生长中计算辐射-传导热交换的方法和结果

大尺寸氟化物晶体的生长是基于对晶体炉热交换的实验研究和计算结果,在晶体生长过程的不同阶段解决了复杂结构生长容器的边界条件和温场的二维计算任务.我们在这里给出了晶体生长过程中温场设置和转变的具体数据.所有的计算都是根据晶体、熔体,容器材料的光学特性与光谱和温度的关系以及它们的热物理值与温度的关系做出的.这些结果包括了迄今有关氟化物晶体生长系统和过程的最精确的数据,可用于生长技术工艺的发展以及晶体生长炉和容器的设计.     

用数学模型计算生长大尺寸光学晶体加热系统结构 第2部分—在φ4 00mmCaF_2晶体生长中计算辐射-传导热交换的方法和结果(英文)

大尺寸氟化物晶体的生长是基于对晶体炉热交换的实验研究和计算结果 ,在晶体生长过程的不同阶段解决了复杂结构生长容器的边界条件和温场的二维计算任务。我们在这里给出了晶体生长过程中温场设置和转变的具体数据。所有的计算都是根据晶体、熔体 ,容器材料的光学特性与光谱和温度的关系以及它们的热物理值与温度的关系做出的。这些结果包括了迄今有关氟化物晶体生长系统和过程的最精确的数据 ,可用于生长技术工艺的发展以及晶体生长炉和容器的设计。     

用数学模型计算生长大尺寸光学晶体加热系统结构第1部分一对Φ400mmCaF2晶体生长加热系统计算的方法和结果

本文的计算方法是根据对晶体生长炉中温场和热交换状态的实验研究提出的。用这种计算已成功地生长出大尺寸的CaF2和BaF2晶体(直径φ400mm)，计算方法的准确性已为实验所证实，在许多新建或现有的生长系统中，结果都证明这种计算方法对于解决一些生长和退火问题是有效的。这种方法被广泛地用于估计各种复杂结晶容器的边界条件和在大晶体生长各个阶段的连续温场处理模型。这一点非常重要，因为迄今除了计算以外还没有其它方法可用于分析碱卤化合物材料的熔体-晶体系统的热状态，在用Stockhanger技术中，这些实验结果被成功地用于发展生长设备。     

用数学模型计算生长大尺寸光学晶体加热系统结构第1部分-对φ400mmCaF2晶体生长加热系统计算的方法和结果

本文的计算方法是根据对晶体生长炉中温场和热交换状态的实验研究提出的.用这种计算已成功地生长出大尺寸的CaF2和BaF2晶体(直径φ400mm),计算方法的准确性已为实验所证实,在许多新建或现有的生长系统中,结果都证明这种计算方法对于解决一些生长和退火问题是有效的.这种方法被广泛地用于估计各种复杂结晶容器的边界条件和在大晶体生长各个阶段的连续温场处理模型.这一点非常重要,因为迄今除了计算以外还没有其它方法可用于分析碱卤化合物材料的熔体-晶体系统的热状态,在用Stockbarger技术中,这些实验结果被成功地用于发展生长设备.     

相图计算在BBO晶体生长中的应用

本文基于所计算的部分含BBO晶体的硼酸盐体系,研究了相图计算CALPHAD技术在BBO晶体生长过程中的一些应用.利用计算结果,阐述了BBO晶体生长过程中的助熔剂的选择、成分配料以及提拉法生长过程中等径条件的控制等环节.本工作结合CALPHAD技术为BBO晶体的生长提供了理论支持.最后,讨论了CALPHAD技术在晶体生长领域所具有的优势和潜力.     

溶液循环流动法生长大尺寸KDP晶体

本文研究了溶液循环流动法生长大截面ＫＤＰ晶体的工艺条件。发现影响晶体生长的关键因素是溶液的充分过热，流动系体的流量和生长槽的温场。测定了不同条件下生长槽的温场，确定了最佳晶体生长区域。用循环流动法能提高溶液的过饱和度，加快晶体生长速度。     

新型非线性光学晶体BaAIBO3F2的生长及组分挥发的研究

采用高温熔液法生长BaAlBO3F2晶体(简称BABF)时,组分挥发严重.本文分析了晶体生长前后的组分中相关元素的重量损失,发现易挥发的物质可能是硼的氧化物和氟化物;X射线衍射分析确定挥发物中还含有少量的NaCl.通过改变助熔剂与熔质的配比,明显降低了晶体的生长温度,减少了组分挥发,优化了晶体生长条件,得到24mm×20mm×6mm尺寸的晶体.     

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.     

新型非线性光学晶体BaAlBO3F2的生长及组分挥发的研究

采用高温熔液法生长BaAlBO3F2晶体(简称BABF)时,组分挥发严重.本文分析了晶体生长前后的组分中相关元素的重量损失,发现易挥发的物质可能是硼的氧化物和氟化物;X射线衍射分析确定挥发物中还含有少量的NaCl.通过改变助熔剂与熔质的配比,明显降低了晶体的生长温度,减少了组分挥发,优化了晶体生长条件,得到24mm×20mm×6mm尺寸的晶体.     

郑州方铭高温陶瓷新材料有限公司研制出可用于超高温晶体生长炉温场的高纯钇锆固溶体陶瓷

正郑州方铭高温陶瓷新材料有限公司日前开发出一种可用于超高温晶体生长炉的高纯钇锆固溶体陶瓷,该材料的使用温度达到2 650 ℃,比金属钼材料的使用温度更高,特别适用于泡生法蓝宝石晶体生长炉,能够有效解决泡生法制备过程中的温场温度不稳定和电能损耗问题。该材料反复升降温周期使用寿命达到3年,较金属温场提升6倍,以120 kg级蓝宝石晶体使用陶瓷温场为例,较金属温场缩短生长周期25%,节省能耗40%以上,同时还可避免金属材料高温时出现的过收缩、     

热交换器中氦气流量对生长蓝宝石温场影响的研究

采用热交换法生长蓝宝石晶体,通过数值模拟与实验研究了晶体生长过程中热交换器中氦气流量对温场的影响.结果表明:晶体生长过程中固液界面为近弧面;随氦气流量增大,晶体与熔体的温度下降,温度梯度增大;加热器功率缓慢上升.     

碘化汞(α-HgI2)晶体生长及其性能表征

利用垂直两温区透明油浴炉,采用升华法成功生长了α-HgI2单晶体.通过对比不同生长阶段晶体生长界面,观察到HgI2晶体在气相生长中存在界面形貌转变.晶体生长初期的生长面呈棱面,然后逐渐转变为圆滑界面.利用XRD、透射光谱以及I-V测试对所生长晶体的性能进行了表征.XRD结果表明所生长的晶体为单相的α-HgI2晶体,晶体的生长方向为[001].紫外-可见-近红外透过光谱分析发现,HgI2晶体的截至波长为580 nm,对应的禁带宽度为2.12 eV,近红外区内透过率约为45;.由于空穴的俘获及陷阱能级作用,在2307.5 nm和1731.4 nm处产生了两个明显的吸收峰.所生长的α-HgI2晶体电阻率约为1011Ω·cm,满足制作核辐射探测器的要求.     

大尺寸晶体快速生长理论与技术的研究进展

“如何突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术”是中国科协发布的2021年度的十大前沿科学问题之一,揭示晶体生长机制和突破生长关键技术是大尺寸功能晶体发展的两个趋势。在原子分子尺度上,晶体生长可以是有势垒的热激活过程,也可以是无势垒的超快结晶过程,这与具体的体系以及晶面有关。从界面属性角度来看,光滑界面是以台阶拓展的方式生长;粗糙界面没有明显的固-液分层,通过局部原子固化进行生长。本文从晶体生长理论模型、生长技术及其应用实例,以及分子动力学方法在晶体生长中的应用等方面探讨了近些年大尺寸晶体快速生长理论和技术的研究进展。目前有多种方法制备大尺寸晶体,但普遍存在制备的晶体质量差和性能不稳定等问题。需要突破对晶体生长微观机制上的认识,建立机制与温度、流速等外界因素的内在联系。而利用机器学习力场以及分子动力学模拟方法,建立固-液界面,模拟晶体生长,将是探究晶体生长微观机制的一种有效方式。     

高品质6英寸N型4 H-SiC单晶生长研究

PVT法生长SiC单晶生长腔的温场分布是影响晶体质量的重要因素.采用数值模拟研究了保温层和坩埚结构以及线圈位置对6英寸SiC晶体生长温场的影响,优化出了适合高品质6英寸SiC晶体生长温场分布,在此条件下生长无裂纹的6英寸N型4H-SiC晶体.用高分辨率X射线衍射、拉曼光谱和缺陷检测系统对所加工的SiC衬底片的质量进行了表征.测试结果表明,晶型为单一的4H-SiC,微管密度小于1 cm-2,电阻率范围为0.02～0.022Ω·cm,X射线摇摆曲线半高宽为21.6″.     

Cz法单晶硅生长过程功率及流体流动的实验研究与数值模拟

本文建立了一个二维全局模型对120 KG单晶硅炉的热系统进行了数值模拟.通过对温场的单独模拟以及温场流场的耦合模拟得到了不同模型下晶体生长所需要的功率,并将两组模拟值与实验数据进行对比得到了加入流体流动后系统所产生的功率损耗.同时对晶体生长过程的分阶段模拟得到了晶体生长过程热系统温度分布的变化规律以及熔体流动的变化规律.结果显示,在整个晶体生长过程中流体流动所产生的功率损耗占实际功率的21.6;左右.     

高熔点稀土倍半氧化钪(Sc2 O3)晶体的生长

本文通过自主研发制造新型高温晶体生长炉,并采用热交换-温度梯度法的热场结构,从而克服了高温环境下坩埚污染.调节热场结构并引入循环气,增大了温度梯度并改善了结晶驱动力不足的问题.用热交换-温度梯度法生长了2英寸(1英寸=2.54 cm)级的氧化钪(Sc2O3)晶体,这一结果是目前已知的最大尺寸的倍半氧化物单晶.氧化钪晶体...     

基于数据驱动的晶体直径模型辨识方法研究

直拉法硅单晶生长是一个多场多相耦合、物理变化复杂,且具有大滞后和非线性现象的过程,基于单晶硅生长系统内部机理所构建的机理模型由于存在诸多假设而无法应用于工程实际。因此,本文以现有CL120-97单晶炉拉晶车间的长期、海量晶体生长数据为基础,忽略炉内复杂的晶体生长环境,对影响晶体直径的拉晶参数进行关联性分析及特征量化,探寻拉晶数据中所蕴藏的规律信息,进而建立基于数据驱动的BP神经网络晶体直径预测模型,并针对现有BP神经网络易陷入局部极小值的问题,采用遗传算法对BP神经网络的阈值和权值进行优化,以提高晶体直径预测的准确性。通过实际拉晶数据对模型预测结果进行验证,结果表明,对任意选取的8组拉晶数据进行直径预测,预测的平均相对百分比误差为0.095 71%,证明该模型对于等径阶段晶体直径的预测是可行的。     

三维运动下KDP晶体生长过程中的应力分析

作为一种新型溶液晶体生长方式,“三维运动生长法”能够快速生长高质量大尺寸的KDP晶体.为了了解KDP晶体在三维运动生长过程中晶体内部的应力状态,本文采用有限元法对三维运动下KDP晶体生长过程中的应力分布进行了计算.结果表明,掣晶杆顶端附近以及晶面和掣晶杆交接处存在明显的应力集中,主应力较大,是晶体生长过程中的易开裂点.增加掣晶杆直径,使用圆头掣晶杆和降低三维运动过程中的加速度能够降低晶体内部的最大主应力,减小晶体在生长过程中开裂的机率.     

非线性光学晶体CBO的缺陷形貌分析

以碳酸铯和硼酸为原料采用泡生法生长出三硼酸铯(化学式CsB3O5,简称CBO)晶体,首次报道了利用同步辐射白光X射线形貌术对CBO晶体的(001)面、(010)面和(100)面进行了观察.观察结果表明,CBO晶体的主要缺陷是生长层.缺陷形成的原因是晶体生长炉内热流的非稳态对流和温度振荡导致晶体的微观生长率随时间变化,溶质粒子不能均匀分布在晶体生长前沿.     

氟化钇锂激光晶体生长与键合技术研究

采用密闭反应气氛电阻加热熔体提拉法与上称重自动控径技术生长稀土离子掺杂氟化钇锂系列(Re:YLF)激光晶体,通过优化热场设计,有效地解决了大尺寸YLF系列激光晶体生长过程中的开裂和直径控制起伏的问题,成功生长出了直径大于50 mm的YLF系列激光晶体,晶坯无晶界、基本无散射,光学均匀性良好.同时开展了YLF系列激光晶体热扩散键合技术研究,通过定向切割、轴向匹配和面形匹配光胶、构造高温度均匀性热键合温场,成功制备出了YLF键合激光晶体.