一种导模法生长高浓度掺钛蓝宝石晶体的方法和装置
专利汇可以提供一种导模法生长高浓度掺钛蓝宝石晶体的方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种导模法生长高浓度掺 钛 蓝 宝石 晶体的方法和装置，包括以下步骤：步骤1)原料的预处理：按生长配比，称量Ti2O3、Al2O3高纯粉体和C粉，充分混合， 压制成型 ，高温 烧结 后备用；步骤2)装料：将原料填入 坩埚 中；步骤3)抽 真空 并充入惰性气体，升温，直至观察到原料 块 熔化 ，然后通过 推杆 推动坩埚向上移动，使各晶体生长模具浸入熔融原料中，直至在晶体生长模具的顶缝隙中观察到原料供应为止；步骤4)引晶；步骤5)放肩，步骤6)等径生长阶段；步骤7)降温 退火 。与 现有技术 相比，本发明具有Ti3+离子在蓝宝石中分凝系数高且掺杂均匀等优点。，下面是一种导模法生长高浓度掺钛蓝宝石晶体的方法和装置专利的具体信息内容。
1.一种导模法生长高浓度掺钛蓝宝石晶体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)原料的预处理：
按生长配比，称量Ti2O3、Al2O3高纯粉体和C粉，充分混合，压制成型，高温烧结后备用；
步骤2)装料：在干燥洁净的环境下，将原料填入坩埚中，并调整好籽晶与晶体生长模具的模具口之间的距离；
步骤3)抽真空并充入惰性气体，升温，直至观察到原料块熔化，然后通过推杆推动坩埚向上移动，使各晶体生长模具浸入熔融原料中，直至在晶体生长模具的顶缝隙中观察到原料供应为止；
步骤4)引晶：下降籽晶，使籽晶接触生长模具的模具口上的V型供料缝，直至籽晶下端接触V型供料缝底端的熔融液面，然后降低温度，提拉籽晶杆，使原料在籽晶上凝结生长；
步骤5)放肩：在晶体引晶结束后，进入放肩阶段，在此阶段保持低提拉速率，同时降低加热功率，晶体随着向上提拉过程的进行逐渐变厚变宽，直至晶片宽度达到相应晶体生长模具的宽度为止，然后逐渐加大提拉速率，进入等径生长阶段；
步骤6)等径生长阶段：放肩结束后，随着籽晶杆提拉，晶片以恒定宽度即模具设计宽度生长；该阶段坩埚开始保持上升操作，直至长晶结束后停止；该阶段生长速率恒定，保持籽晶杆恒定提拉速率，直至坩埚内原料耗尽，晶片自动脱离模具，长晶结束；
步骤7)降温退火：晶体生长结束后，降低坩埚至初始位置，保证坩埚和模具分离、晶体和模具分离，随后开始降温退火。
2.根据权利要求1所述的一种导模法生长高浓度掺钛蓝宝石晶体的方法，其特征在于，步骤1)所述的Ti2O3、Al2O3高纯粉体和C粉的质量比为0.1～1:100:0.1～1。
3.根据权利要求1所述的一种导模法生长高浓度掺钛蓝宝石晶体的方法，其特征在于，步骤1)所述的高温烧结的温度为1500～1800℃。
4.根据权利要求1所述的一种导模法生长高浓度掺钛蓝宝石晶体的方法，其特征在于，步骤3)所述的惰性气体包括Ar。
5.根据权利要求1所述的一种导模法生长高浓度掺钛蓝宝石晶体的方法，其特征在于，步骤4)提拉籽晶杆的提拉速率为0.1-0.2mm/min。
6.根据权利要求1所述的一种导模法生长高浓度掺钛蓝宝石晶体的方法，其特征在于，步骤5)降低加热功率500-800w。
7.一种实施权利要求1所述的导模法生长高浓度掺钛蓝宝石晶体方法的装置，其特征在于，包括提拉炉，坩埚(2)、晶体生长模具(4)、籽晶杆(5)，所述提拉炉内发热体和保温材料(1)为石墨材质，所述坩埚(2)置于提拉炉内，且在坩埚底部设有驱动其上升或下降的推杆(3)，所述晶体生长模具(4)悬挂式置于坩埚(2)上方，籽晶固定在籽晶杆(5)底端，并通过籽晶杆(5)可上下移动地设置在晶体生长模具(4)的正上方。
8.根据权利要求7所述的导模法生长高浓度掺钛蓝宝石晶体的装置，其特征在于，所述的坩埚(2)、晶体生长模具(4)和籽晶杆(5)采用钼材质。
9.根据权利要求7所述的导模法生长高浓度掺钛蓝宝石晶体的装置，其特征在于，所述的晶体生长模具(4)的材质为高纯钼，由多片钼片组合而成，相邻钼片的中间缝隙对应晶体生长的模具缝，缝宽0.3-0.5mm，顶端呈V型开口，生长晶体的厚度由V型口宽度限定，长晶宽度通过模具宽度限定。
10.根据权利要求7所述的导模法生长高浓度掺钛蓝宝石晶体的装置，其特征在于，所述提拉炉的加热方式采用感应石墨加热，保温材料选用高密度的石墨毡。
一种导模法生长高浓度掺钛蓝宝石晶体的方法和装置
技术领域
背景技术
要是因为Ti 离子在蓝宝石中分凝系数很低(k＝0.16)，生长的钛宝石中Ti 离子含量和原料配比相差很大，并存在很严重的掺杂均匀性问题(即分凝偏析)，生长大尺寸高浓度掺杂均匀的钛宝石单晶一直是研究的热点和难点问题。此外，由于Ti3+离子不稳定，极易被氧化为Ti4+离子，增加晶体在红外波段的吸收，影响其光学质量。
发明内容
Ti 和Al 离子半径相差大(Ti : Al : )，Ti 离子取代Al 离子后形成很大的
3+
晶格畸变，导致Ti 离子很难进入蓝宝石晶格；而在采用石墨发热保温的导模法生长过程中，长晶炉内由于石墨的挥发形成还原性的碳气氛，一方面C原子会进入熔体并随着晶体生长进入晶格，C原子取代Al3+离子与02-形成共价键，由于碳离子半径小，仅为 C离子与Ti3+离子共掺或同时进去氧化铝晶格能够形成离子半径互补，从而降低Ti3+进入蓝宝石晶格的难度，提高Ti3+离子掺杂浓度，或直接在原材料配制中加入C粉，即直接在熔体中掺入C，提高熔体中的C含量；另一方面，炉内的还原性气氛，也能有效抑制Ti3+离子被氧化为Ti4+离子。3、提出坩埚上升工艺技术，保证晶体生长过程中熔体原料供应均匀一致，能有效提高生长晶体的均匀性。4、就导模法本身而言，其长晶固液界面位于模具上表面供料缝顶端，远离熔体，且固液界面相对区域小，依靠籽晶提拉牵引和温度梯度强制结晶，结晶速度快，能够有效抑制固液界面熔体内溶质偏析，使晶体内部掺杂更均匀，导模法本身适合生长掺杂类晶体材料。
附图说明
具体实施方式
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