课件蓝宝石.ppt

谢谢大家 再见 * (5)水热法 早在1882年人们就开始了水热法合成晶体的研究。最早获得成功的是合成水晶。 二十世纪上叶，由于军工产品的需要，水热法合成水晶投入了大批量的生产。 返回 随后，水热法合成红宝石于1943年由ubengayer和Weitz首先获得成功，Ervin和osborn进一步完善了这一技术。 到九十年代，原苏联新西伯利亚合成出了海蓝宝石。随后，合成刚玉也纷纷面市。 (6)温梯法 此方法生长的蓝宝石晶体质量可与热交换法的产品相媲美，但晶体坯料需要分别进行高温氧化、还原气氛的退火处理，坯料的后续处理工艺比较复杂。据周国庆、董勇军在2005年文献中报道生长出44mmx9omm的蓝宝石晶体。 返回 国内外蓝宝石发展趋势 人工合成单晶体开始于18世纪中期。直到19世纪初，人们都还认为蓝宝石是铝硅氧化物；直到1817年，J.L.Gay-Lussac发现纯氧化铝可由明矾氨热分解得到；随后1840年，H.Rose的研究表明，在蓝宝石中所发现的硅是由玛瑙研磨蓝宝石以用作化学成分分析的过程中引入的杂质。随着人们了解了蓝宝石的化学成分及性质，人工合成蓝宝石单晶才变为现实。 但由于氧化铝熔点很高，欲生长得到大尺寸、高质量的蓝宝石单晶，需选用适宜的生长方法。从熔体中生长晶体的最大优点是生长速率快，纯度高和晶体完整性好，是目前制备大尺寸和特定形状单晶的最常用的晶体生长方式。 提拉法生长时，首先将氧化铝在铱（或铂，石墨，陶瓷）坩锅中熔化，充入98％N2或Ar＋2％O2的保护性气体；然后下降籽晶，使其微接触熔体界面；再旋转籽晶，同时向上提拉熔体，。籽晶提拉速度的大小决定了生长的晶体直径。目前提拉法仍然是生长蓝宝石最普遍的方法，使用直径150mm的坩锅一般可得到110mm的蓝宝石晶体。 世界五百强法国Saint Gobain、英国Johnson Mattey以及加拿大Honeywell等公司现在仍都用提拉法生长棒状蓝宝石晶体，主要以生长2英寸晶体为主，满足半导体产业中衬底材料的需要。 另外1998年俄罗斯人V.N.Kurlov采用导模法，生长出了外径达到85mm的无宏观缺陷的管状蓝宝石晶体；并且结合自动称重技术，大大提高了晶体质量。 另外最近报道美国Saphikon Inc采用导模法生长的白宝石薄板，尺寸可达305×610×11mm3，管状蓝宝石能达到 80×360 mm3，壁厚3 mm[16]。 导模法存在的主要问题是对模具的制备十分严格，生长过程中常由于固液界面处出现温度过冷，形成气孔、晶粒间界等，很难得到大尺寸、光学级质量的蓝宝石。 1970年美国Schmid和Viechnicki利用温度梯度生长单晶的原则设计出梯度炉法，并用其生产圆盘状的蓝宝石；1974年他们对梯度炉法进行了改 进，发展出了热交换法，这种方法很适宜生产大尺寸的蓝宝石单晶。 晶体生长过程中，先将晶体原料冷均压成型并经高温烧结以增大粉料密实度，然后置于钼坩锅内并于坩锅上方加上钼盖板，坩锅放置于高温炉内并将坩埚加热到熔点以上。 初期的吹气是为了保证底部的晶种，在材料完 全溶解并维持一段时间之后则加大吹气量以促使熔体由晶种处开始生长单晶现在由Schmid创立的Crystal System Inc.采用热交换法生长大尺寸白宝石，尺寸一般达325mm以上； 1999年更是合成了500mm的大尺寸蓝宝石单晶，并加工出400×280mm的晶片，这是目前世界上最大尺寸的蓝宝石单晶。近年来还直接生长接近光罩形状的蓝宝石单晶。但热交换法很难生长[0001]光轴方向的蓝宝石，而且相比而言，由于用氦气作为冷却介质，成本较高。 泡生法(Kyropoulos)是Kyropoulos在1926年首先提出并用于晶体的生长，当时主要用于制备碱卤族晶体，也是一种适合大尺寸单晶生长的技术，如图1-9所示。20世纪六七十年代，前苏联的Musatov发展完善了泡生法，并将其应用于蓝宝石单晶的制备，生长了重达10kg的大尺寸、高品质的白宝石单晶，又称为GOI法。 该方法将籽晶固定在籽晶杆上，籽晶杆作为冷却装置完成在杆、籽晶和熔体之间的热交换作用，在此基础上可以长出较大尺寸的晶体； 不存在明显的移动机构，因此可以消除因机械