提拉法生长晶体

提拉法生长3LiNbO晶体材料物理0910278吴纯治一、实验目的(1)了解提拉法生长单晶的生长机制；(2)学习3LiNbO晶体的生长特性及生产工艺，熟悉设备结构与功能。二、实验原理当一个结晶固体的温度高于熔点时，固体就熔化为熔体，当熔体的温度低于凝固点时，熔体就凝固为固体。单晶的生长涉及到固液相变，这个过程中，原子（或分子）的随机堆积的阵列转变为有序阵列，即结晶。提拉法生长单晶：，将制备好的原料放进坩埚，然后把坩埚放入盛有绝热材料（23AlO泡沫颗粒）的加热炉中，加热炉采用中频感应线圈加热法或是电阻加热法。原材料在高温下转变为熔体，提拉杆上放置一个单晶核，然后将晶核下端部分浸入熔体中。在晶核和熔体的交界面上不断地进行分子与原子的有序排列，这样提拉杆旋转着往上提拉，单晶体就缓慢的生长出来了。温度场：因为熔体温度高于材料熔点，而要生长单晶，籽晶浸入部分又不能融化（只能软化），所以要求温度满足低于材料熔点。这势必要在熔体与晶核之间界面处形成一定的温度梯度，从熔体到晶体，温度以一定趋势降低。引颈：缓慢向熔体下降，避免热冲击，降至离熔体0.5～1mm处，等待1小时，待籽晶与熔体温度相近时，开始引颈。引颈的过程必须要进行“缩颈”，以减少籽晶的位错向晶体的扩展。放肩：经“缩颈”一定长度后，开始缓慢放肩，要获得高品质的单晶，放肩的角度一定要小，肩型要缓，放肩角小于60度为好。实验步骤：原料处理，装料，抽真空（对于3LiNbO晶体不需要），升温，熔料，引颈，放肩，等径，提拉。三、实验内容（1）认知学习：学习了解晶体生长的各个设备及流程。四、思考题1.什么叫晶体的同成分配比生长，有那些因素会影响晶体的组分？同成分配比：满足生长出的单晶成分与熔体中成分比例一致的配比。影响因素有温度，过冷度等。2.为防止晶体开裂，应当注意什么事项？应保证同成分，即熔体与生长出的晶体成分比例是相同的，而且要保证温度梯度要合适。3.通过什么办法控制铌酸锂单晶的等径生长？通过热量输运和提拉速率来控制晶体的半径，主要是使从晶体表面散失的热量恒定。4.提拉法生长晶体，晶体为什么要旋转？（1）旋转可以抑制不规则的对流，改变了由于径向温场的不均匀性，并且降低生长表面的温度波动的振幅；（2）搅拌可以使组分更加均匀；（3）可以通过旋转控制生长界面的凹凸，使得生长表面平滑。