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調(diào)Q晶體鈷尖晶石主要流程是什么?

 在鈷尖晶石 (Co:Spinel) 被動調(diào)Q晶體的人工制備過程中,目前最常用的方法為提拉法。提拉法是一種熔體法,它是將原料放在鉑或銥坩堝中加熱熔化, 在適當(dāng)?shù)臏囟认拢瑢⒆丫Ы胍好妫屓垠w先在籽晶的末端生長,然后邊旋轉(zhuǎn)邊 慢慢向上提拉籽晶,晶體即從籽晶末端開始逐漸長大,最終得到我們所需要的晶體。下面是具體的流程。

  1、裝爐

  我們先在坩堝中加入處理過的高純度料塊,(然后依次裝配溫場材料)。為了保證爐內(nèi)徑向溫度軸對稱分布,裝爐時,需確保感應(yīng)線圈中心、石英保溫罩中心、坩堝中心及籽晶中心在一條鉛垂線上。溫場設(shè)計是得到優(yōu)質(zhì)晶體的基礎(chǔ),因此選擇合適的溫場環(huán)境也很重要,選擇合適的保溫罩,并通過加蓋不同口徑的氧化鋯環(huán)來調(diào)整固液界面處以及整個生長腔內(nèi)的溫度梯度。

  2、爐膛充氣

  我們先將爐膛抽成真空,依次開機械泵和擴散泵抽至爐內(nèi)氣壓約為10-3Pa,然后向爐內(nèi)充高純氮氣作為保護氣,氣壓升至約0.025MPa。充氣過程要緩慢,避免吹起爐內(nèi)保溫粉料污染原料。

  3、升溫化料

  裝爐、充氣之后即可打開中頻電源升溫化料,同時打開晶轉(zhuǎn),使?fàn)t內(nèi)溫度分布均勻,待料全部化完,仔細(xì)觀察熔體液流狀態(tài),調(diào)整功率使熔體溫度在晶體熔點附近并恒溫,并準(zhǔn)備下籽晶。

  4、烤晶

  加大熱功率,使反應(yīng)物完全熔化,并恒溫一段時間,然后讓籽晶接近液面,讓籽晶預(yù)熱幾分鐘。烤晶可以去除晶體表面的揮發(fā)性雜質(zhì),同時也可以減少晶體受到的熱沖擊。

  5、下種與縮頸

  當(dāng)溫度穩(wěn)定時,可以讓籽晶和液面進行接觸,此時要控制好溫度,當(dāng)籽晶與液面接觸良好時,可以進行緩慢提拉,隨著籽晶的上升熔融物開始在籽晶頭部結(jié)晶,這個過程稱為下種。縮頸是指在下種之后稍微降低反應(yīng)溫度,提高提拉速度,拉出一段比籽晶更細(xì)的部分,目的是為了排除接觸不良引起的多晶,同時消除籽晶間的位錯延伸,一般頸要長于20mm,縮頸也可以消除籽晶下端的繼承性缺陷,避免引入晶體中,這也是生長高質(zhì)量晶體中很重要的一步。

  6、放肩

  縮頸工藝完成后,略微降低提拉爐內(nèi)的溫度,待籽晶收細(xì)到所需要的尺寸(約Φ3-4mm)后即可進入自動生長過程,通過慢降溫,提高過冷度,在一定提速下,讓晶體直徑長大,稱之為放肩階段,這也是一個關(guān)鍵步驟,最易產(chǎn)生位錯等缺陷,影響整個晶體的質(zhì)量。晶體放肩到合適尺寸后即可進入自動等徑生長階段。

  7、等徑

  待晶體生長比較穩(wěn)定后,我們使用電子稱來保持直徑恒定。我們將拉速保持在1.8至2.2 mm / h之間,并使旋轉(zhuǎn)速度在3至40rpm之間變化。

  8、提脫收尾

  利用傳動系統(tǒng),將生長好的晶體緩慢拉出液面,最后稍升溫,降拉速,使晶體半徑逐漸變小,完成收尾。

  9、后處理

  提托收尾結(jié)束之后進行退火處理,通過降溫程序緩慢降溫,一般設(shè)定降溫時間為24小時。待晶體降至室溫之后可打開爐門,取出晶體。通過退火可以部分消除晶體由于溫度梯度的原因形成的熱應(yīng)力和晶體生長過程中形成的色心等缺陷,提高晶體的性能。

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