Dislocation Analysis for Large-sized Sapphire Single Crystal Grown by SAPMAC Method

In this paper,large-sized sapphire (230×210 mm,27.5 kg) was grown by SAPMAC method (sapphire growth technique with micro-pulling and shoulder-expanding at the cooled center). Dislocation peculiarity in large sapphire boule (0001) basal plane was investigated by chemical etching,scanning electron microscopy and X-ray topography method. The triangular dislocation etch pit measured is 7.6×101～8.0×102 cm-2,in which relative high-density dislocations were generated at both initial and final stages of crystal growth. The analysis of single-crystal X-ray topography shows that there are no apparent sub-grain boundaries; the dislocation lines are isolated and straight. Finally,the origins of low-density dislocation in sapphire crystal are discussed by numerical analysis method.     

泡生法制备大尺寸蓝宝石单晶体

蓝宝石单晶作为光学材料在紫外、可见和红外波段有宽的透射带及高的透射率,与许多其它光学窗口材料相比,有更好的机械性能和物理性能,如高硬度、高拉伸强度、抗冲刷性、热导性、机械稳定性和显著的抗热冲击性能等。这些光学与机械性质的组合使蓝宝石材料被用于一系列高科技的光电应用中。刚玉单晶生长的高纯净、大尺寸化一直是科研工作者的研究方向。     

冷心放肩微量提拉法大尺寸蓝宝石单晶生长过程的模拟分析

利用数值模拟方法计算了冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)蓝宝石晶体生长过程.结合晶体直径变化、裂纹出现位置与延续方向、晶体透明性等实验现象,通过与提拉法、温梯法、坩埚移动法等相对比,分析了冷心放肩微量提拉法晶体生长各阶段的工艺特点,并根据模拟计算结果对晶体生长系统和晶体生长控制工艺进行了改进.分别利用增大热交换器的散热参数、降低加热温度、改进降温曲线、调节外加轴向和径向温度梯度的方式来实现对晶体生长的引晶、放肩、等径和收尾控制.通过实验比较证明了改进后的晶体生长系统和晶体生长控制工艺能够生长出性能较好的大尺寸蓝宝石晶体.     

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.     

高效大功率LED用蓝宝石图形衬底的制备

首先在蓝宝石衬底上旋涂PMMA/copolymer双层胶,然后再进行电子束光刻处理,随后溅射铝膜,并结合剥离技术,从而制备图形化金属铝膜;最后再采用两步热处理法,使图形铝膜发生固相外延反应.在此过程中,侧重于电子束光刻和高温热处理的工艺优化研究.SEM测试结果表明,图形化铝膜在450℃低温氧化热处理24h后,其图形形貌没有发生明显改变;在温度低于1200℃的高温热处理1h后,图形仍然存在.HRXRD分析表明,图形化铝膜在450℃低温热处理24h后再在1000℃高温热处理1h,可在蓝宝石衬底上形成氧化铝外延薄膜;并且相比于基片,氧化铝外延薄膜的结晶质量还有所提高.本方法成功实现了高效大功率用LED蓝宝石图形衬底的制备.