泡生法高质量蓝宝石晶体的研究

报道了泡生法生长[0001]方向的高质量蓝宝石晶体技术.经测量晶体位错密度为2×103～1.3×104/cm2之间,并利用激光剥蚀等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)进行晶体杂质含量准确测量与分析.在600～1200 am范围内,晶体透过率均在80;以上;在1200～3000 nm范围内,晶体透过率均在85;以上.目前使用泡生法制作的蓝宝石晶体在商业产品使用中表现出良好性能.     

大口径掺钛蓝宝石晶体放大的实验研究

分析了口径为80 mm的钛宝石晶体内的增益特性,对大口径钛宝石晶体中的泵浦光能量密度和泵浦光口径进行了优化设计。对于80 mm×17 mm的晶体,最佳工作光束口径为55 mm,泵浦能量为50 J;对于80 mm×30 mm的晶体,最佳工作光束口径为60 mm,泵浦能量为90 J,且其横向小信号增益远小于80 mm×17 mm晶体的。对影响大口径钛宝石晶体放大的横向放大自发辐射（ASE）和寄生振荡采用折射率匹配的包边技术进行了抑制。实验表明,该方法把允许横向增益从13提高到了2 100。实验系统为100 J绿光台面泵浦激光器,100 TW主放大器采用四程空间构型放大光路。80 mm×17 mm钛宝石晶体c轴水平放置,泵浦光和主激光均为水平偏振。当以泵浦光能量为49 J对主放大器进行双端泵浦,注入信号光能量为1.2 J,光束口径60 mm时,获得了14.2 J的放大光输出和286 TW的最高峰值功率。     

引晶直径对泡生法蓝宝石晶体位错及小角度晶界影响的研究

利用晶体生长模拟软件CGSim,模拟了引晶过程中晶体的直径对晶体生长初期晶体的热流密度和轴、径向温度梯度的影响.结果表明:随着引晶直径的减小,晶体肩部的热流密度减小,轴向及径向温度梯度减小,因而能有效的减小晶体内的热应力,减少晶体位错及小角度晶界缺陷,提高晶体质量,模拟结果得到了实验的验证.     

DRF-B80型蓝宝石晶体生长炉的研制

本文主要介绍采用冷心放肩微量提拉法技术生长高质量大尺寸蓝宝石晶体的新型设备,由于晶体生长是在高温、高真空、籽晶升降与旋转平稳、晶体测重精准、功率稳定的状态下进行生长.所以我们配备了具有高冷却性能的腔体部件;大抽速,低反油率的高真空系统;无抖动、无爬行籽晶轴(俗称:籽晶热交换器)升降及旋转系统;高精度、高分辨率测重系统;稳定可靠的电控系统及电源加热系统.实验结果表明:设备简化的设计模式,不仅提高了工人的操作速度,操作更加简单,节约了劳动时间,提高了设备的利用率.优良的测重系统在早期晶种生长的好坏,有这很大的关系;解决晶体是否粘埚也起着很大的作用.电控系统对加热电源的稳定控制是能否生长高质量大尺寸晶体关键之一.     

铁钛共掺强韧化蓝宝石晶体的研究

研究了铁钛共掺蓝宝石(Fe, Ti: Sapphire)晶体的常温力学性能. 采用泡生法技术生长了尺寸为ø180 × 280 mm³质量为30 kg的 Fe, Ti: Sapphire晶体. 实验发现, 在蓝宝石晶体中掺入Fe₂O₃和TiO₂以及相应的热处理可以显著提高晶体常温断裂强度、表面硬度和断裂韧性, 而不损害晶体的可见和近红外透过性能; 掺入的Fe₂O₃其Fe³⁺对Al³⁺ 的取代作用导致晶体内应力的增加, 掺入的TiO₂其Ti⁴⁺ 热处理时结晶出的第二相针状晶体的韧化效应, 均对Fe, Ti: Sapphire晶体的力学性能的提高具有重要作用. 研究对我国实现高强蓝宝石晶体应用材料具有重要现实意义. 关键词： 蓝宝石晶体 力学性能 铁钛共掺 热处理     

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.     

泡生法蓝宝石单晶不同生长阶段的数值模拟研究

针对泡生法蓝宝石单晶生长的不同生长阶段的温场、流场和固液界面形状进行数值模拟研究.并分析了加热器相对坩埚的轴向位置和不同生长速率对蓝宝石单晶生长的影响.结果表明:在蓝宝石单晶生长中,在靠近坩埚壁面和固液界面的熔体内,等温线密,温度梯度较大;在靠近坩埚底部的熔体内,等温线稀疏,温度梯度较小.随着晶体高度的增加,熔体对流由放肩阶段的两个涡胞变成等径阶段的一个涡胞,熔体平均温度有小幅度下降;加热器相对坩埚的轴向位置对晶体生长炉内温场和固液界面形状影响很大,随着加热器位置上移,晶体内平均温度升高,温度梯度减小;熔体内平均温度降低,温度梯度增大.同时固液界面凸度增大.随着晶体生长速率增大,固液界面凸度增大,界面更加凸向熔体.     

热交换法生长蓝宝石晶体的位错研究

本文用热交换法生长出a向,尺寸为φ150 mm×160 mm,重10 kg的低位错蓝宝石晶体,并采用化学腐蚀-金相显微镜法观测了(0001)晶面的位错形貌.结果显示:(0001)晶面的位错腐蚀坑呈三角形,分布较均匀和分散,图像清晰,平均位错密度较低,为2.1×103 Pits/cm2;热交换系统保温效果好,能独立控制熔体和晶体的温度梯度,温场起伏小,具有良好的稳定性和可控性,适合用来生长大直径低位错的蓝宝石晶体.     

中国科学院上海光学精密机械研究所

<正>激光与光电子材料研究发展中心中国科学院上海光学精密机械研究所激光与光电子材料研究发展中心从事晶体材料研究已有40多年的历史,研究方向主要包括:激光晶体、宽禁带半导体衬底晶体、大尺寸蓝宝石晶体、新型发光勺闪烁晶体、光学及光电功能晶体材料等。目前,中心可以提供的主要产品包括:1.激光晶体Ti:Al2O3,Nd:YLF,Nd:YAG,Cr:YAG,Nd:YVO4,Nd,GGG,Yb.YAG,Yb:GSO等;2.高温超导薄膜基片MgO,LaAlO3,SrTiO3,LAST,NdGaO3,YSZ等,3.磁性薄膜与铁电薄膜基片     

蓝宝石晶片加工中的技术关键和对策

传统的粗磨工艺在加工蓝宝石薄片过程中遇到很大挑战,易于产生崩边、隐裂和碎片等问题.双面金刚石研磨、单面金刚石磨削、双面金刚石研磨垫等新工艺可以解决上述这些问题.在蓝宝石精磨工艺中,细粒碳化硼和金刚石颗粒镶嵌的陶瓷研磨盘配合的双面研磨工艺,可以有效地降低粗磨过程中造成的表面损伤;使用细粒金刚石研磨液的单面铜盘工艺亦是一种有效的精磨工艺.本文对二者的优缺点进行了比较.蓝宝石的抛光速率较慢,一般不超过5～ 10 μm/h.蓝宝石抛光的主流仍是使用二氧化硅抛光液.在二氧化硅抛光液中添加其它细粒磨料或采用氧化铝抛光液等其它方法,仍处于试验阶段.轻压抛光对提高蓝宝石的表面质量非常关键.兆声清洗工艺可以减少蓝宝石表面的微小缺陷,兆声单片清洗工艺尤为有效.