蓝宝石晶体生长技术.ppt

蓝宝石晶体生长技术; 蓝宝石英文名称为Sapphire，源于拉丁文Spphins，意思是蓝色；属于刚玉族矿物，三方晶系。宝石界将红宝石之外的各色宝石级刚玉都称为蓝宝石。 蓝宝石主要成分是氧化铝（Al2O3）。刚玉中因含有铁（Fe）和钛（Ti）等微量元素，而呈现蓝、天蓝、淡蓝等颜色，其中以鲜艳的天蓝色者为最好。; 天然蓝宝石可以分为蓝色蓝宝石和艳色（非蓝色）蓝宝石。宝石市场上把深蓝色和带有紫色的蓝宝石称为“男性蓝宝石”，浅色蓝宝石称为“女性蓝宝石”。 国际宝石界把蓝宝石定为“九月生辰石”，象征忠诚与坚贞。据说蓝宝石能保护国土和君王免受伤害，有“帝王石”之称。 ;世界七大蓝宝石产地： 1.印度克什米尔 2.缅甸抹谷 3.斯里兰卡 4.泰国 5.中国（山东昌乐） 6.澳大利亚 7.柬埔寨马德望; 蓝宝石的组成为氧化铝(Al2O3)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成，其晶体结构为六方晶格结构，就颜色而言，单纯的氧化铝结晶是呈现透明无色的，因不同颜色元素离子渗透与生长中的蓝宝石，因而使蓝宝石显现出不同的颜色。在自然界中蓝宝石晶体内含有钛离子（Ti3+）与铁离子（Fe3+）时，会使晶体呈现而成为蓝色蓝宝石（Blue Sapphire）。当晶体内含有铬离子(Cr3+)时，会使晶体呈现红色，而成为红宝石(Ruby)。又当晶体内含有镍离子(Ni3+)时，会使晶体呈现黄色，而成为黄色蓝宝石。蓝宝石晶体在晶体的对称分类中属于中级晶族，三方晶系。;Al2O3分子结构; 蓝宝石单晶是一种简单配位型氧化物晶体，呈各向异性，属六方晶系，晶格参数a=b=0.4758nm，c=1.299 1 nm，α=β=90°，γ=120°。 蓝宝石单晶的透光范围为0.14-6.0μm，覆盖真空紫外、可见、近红外到中红外波段，且在3-5μm波段具有很高的光学透过率；具有高硬度(仅次于金刚石)、高强度、高热导率、高抗热冲击品质因子的力学及热学性能；具有耐雨水、沙尘、盐雾等腐蚀的稳定化学性能；具有高表面平滑度、高电阻率及高介电性能。 这些优良的光学、力学、热学、化学及电学性能决定了它在军事及民用领域中的重要地位和作用。;（1）化学稳定性：蓝宝石具有高度的化学稳定性，在绝大多数化学反应过程中不会被腐蚀。 （2）机械特性：蓝宝石单晶因其高硬度和高强度，可以在温度范围从超低温至1500℃高温之间的不同环境中保持高强度、耐磨耗与高度的稳定性。同时是目前已知的硬度最高的氧化物晶体材料，仅次于金刚石达莫氏9级。 （3）光学透过率：蓝宝石单晶材料的穿透波长范围为0.19nm-5.5nm，加之其优异的化学稳定性，抗磨损，高硬度和耐高温等特性，使蓝宝石制作的窗口片和传感器光学零件广泛应用于高真空系统、高温炉及其他苛刻的环境。;（4）热力学特性：2050℃左右的熔点，加之优越的化学、机械及光学特性，使蓝宝石晶体广泛应用于许多苛刻的加工环境中。 （5）耐磨损性：由于具有很高的硬度和透明度，是蓝宝石晶体常用于制作耐磨损窗口或其他精密机械零件。 （6）介电性能：有电介质绝缘、恒定的介电常数。 （7）蓝宝石还具有高拉伸强度、抗冲刷性、热导性、显著的抗热冲击性等性能。 ;;;蓝宝石晶胞（R面、A面、C面） ;常用来做GaN衬底的是不具有极性的C面（0001），因此GaN的极性由制作过程决定 a）从C轴俯看；b）从C轴侧面看;三、蓝宝石的应用;光学窗口和整流罩 ; 蓝宝石单晶制作的整流罩已广泛用于机载、星载、舰载以及潜基、陆基光电设备，尤其在高马赫数导弹整流罩、透明装甲、潜艇窗口以及高功率强激光等军用设备中的地位和作用不可替代。如：美国海军战区防御系统截击导弹、斯普林特防御拦截弹(HEDI)、美国第五代近距空对空导弹(AM–9X)、以色列新一代近战空对空导弹(Python5)以及已安装于美、德、韩和希腊等国军舰上的导弹(RM–116RAM)等都使用了蓝宝石整流罩。;掺钛蓝宝石激光器及其应用 ;目前，Ti:Al2O3激光器已实现脉冲、准连续、连续、锁模运转，已涉及激光器研究领域的各个方面，包括：提高输出功率、扩大调谐范围、压缩线宽、稳频以及提高光束质量等。 Ti:Al2O3激光器在基础学科(如物理学、生物学和化学)研究方面已取得广泛应用。因Ti:Al2O3激光器的使用，研究化学反应(如：化学键形成与断裂、分子间能量传递、分子重新构建等所需的时间范围)超快时间表(ultrafast timescales)的飞秒化学取得了巨大进展；用于超快脉冲放大及光谱相位控制的设备性能也得到了很大提高。 Ti:Al2O3激光器还应用于非线性物理