本發明涉及晶體生長技術領域，具體涉及一種泡生法藍寶石晶體的生長速率對固液界面的影響。

背景技術：

泡生法晶體生長是由液相不斷轉變成固相的過程，在該過程中，分子從無序堆積轉變為具有對稱性結構的有序陣列，即通過固液界面的定向移動來逐漸完成。

在晶體制備的過程中，把固液界面的形變量和溫度梯度控制在合理的范圍內是提高晶體質量的關鍵。通常改變固液界面的形狀可以通過調整爐體的結構參數或工藝控制參數來實現，而生長速率是實際晶體生長過程中可以人工控制的一個重要工藝參數。晶體生長過程中，較大的生長速率可以提高生產效率，但是過大的生長速度，也會產生不利的影響，影響質量，降低晶體的利用率；了解生長速率在各生長階段產生的影響，才能做到提高生長速率的同時而不影響晶體質量。

技術實現要素：

為克服上述技術問題，本發明提供一種泡生法藍寶石晶體的生長速率對固液界面的影響。

一種泡生法藍寶石晶體的生長速率對固液界面的影響，其特征在于步驟如下：

(1) 放肩階段，固液界面凸出度及溫度梯度較大，此階段較大的溫度梯度有利于晶體穩定生長；

(2) 等徑階段，固液界面凸出度較小，溫度梯度隨晶體生長呈減小趨勢。此階段晶體生長速率對固液界面的影響較明顯。

所述步驟（1）中合理生長速率范圍為0~2 mm/h。

所述步驟（1）固液界面處溫度梯度減小。

所述步驟（2）生長速率范圍2~5 mm/h。

所述步驟（2）中固液界面形狀、結晶區域溫度梯度均隨生長速率的增加而減小。

本發明的優點是：泡生法中，晶體生長速率等于單位時間固液界面向熔體移動的距離，即單位時間晶體生長的高度。因泡生法生長藍寶石過程十分緩慢，生長速率大約控制在 0.5~5.0 mm/h的范圍內[1,7]。晶體的生長速率與晶體、熔體的熱傳導系數和晶體、熔體的溫度梯度有關；只有當KS▽T|S > KL▽T|L時，晶體才會向下生長。在晶體熱傳導系數KL = 2.05 W/(mk)、熔體熱傳導系數KS = 5.8 W/(mk)固定的情況下，增大晶體溫度梯度，減小熔體溫度梯度，晶體生長速率越快，反之亦然。

附圖說明

圖1是本發明在3.6 kg放肩階段固液界面形狀圖；

圖2是本發明在21 kg等徑階段固液界面形狀圖；

圖3是本發明在60 kg等徑階段固液界面形狀圖；

圖4是本發明對應的固液界面凸出度；

具體實施方式

一種泡生法藍寶石晶體的生長速率對固液界面的影響，其特征在于步驟如下：

(1) 放肩階段，固液界面凸出度及溫度梯度較大，此階段較大的溫度梯度有利于晶體穩定生長；在生長速率范圍0~2 mm/h內，晶體生長速率加快，固液界面凸出度減小，固液界面處溫度梯度減小，但減小幅度很小。

(2) 等徑階段，固液界面凸出度較小，溫度梯度隨晶體生長呈減小趨勢；此階段晶體生長速率對固液界面的影響較明顯；在生長速率范圍2~5 mm/h內，固液界面形狀、結晶區域溫度梯度均隨生長速率的增加而減??；通過調節晶體生長速率來控制晶體生長過程中固液界面的形變量和結晶區域的溫度梯度，保證晶體生長可以有較高的安全生長率。

實施例1

固液界面的形變程度是影響晶體質量的關鍵參數，在泡生法生長藍寶石中，固液界面的熱量傳遞主要包括來自坩堝側壁的熱傳導、熔體中的熱對流以及結晶潛熱的釋放。固液界面附近沿徑向方向的熱傳遞會受到抑制，而沿中心軸向正方向的熱傳遞相對較強，從而造成固液界面凸向熔體[8]。凸界面生長時，界面相對穩定，有利于單晶的形成，有利于雜質和氣泡的排出，因此，使固液界面形狀保持一定的凸度是獲得較高質量晶體的一個重要特征。

臺灣中央大學Chen 和Lu提出用凸出度來描述固液界面的形變量，將其定義為界面的軸向高度差。

D = MaxZh - MinZh

式中：Zh為軸向上固液界面的高度。

如圖1-3 所示a、b、c分別為生長至3.6 kg放肩階段、生長至21 kg等徑階段、生長至60 kg等徑階段，不同生長速率下固液界面的形狀，圖4為對應的固液界面凸出度。

從圖1-4中我們可以看出，放肩階段固液界面形變隨生長速率變化很小，進入等徑生長階段，生長速率的影響越加明顯。

放肩階段，當生長速率處于0~2 mm/h范圍內時，晶體生長速率對固液界面影響很小，可忽略不計。而生長速率大于2 mm/h時，固液界面形變隨著生長速率的增加變大。在放肩階段凸出度較大，達95 mm以上，這是由于放肩階段晶體直徑不斷增加，晶體表面輻射散熱的增加，造成固液界面形變量大[10]，此階段應控制生長速率在0~2 mm/h范圍內，避免生長速率造成固液界面形變量更大。

等徑階段，生長速率大于2 mm/h，固液界面的形狀和凸出度隨著晶體生長速率的增加而減小，這是由于提高生長速度，促進了結晶潛熱的釋放，從而抑制了固液界面向熔體的推進，此階段界面平緩更有利于制備高質量晶體，適量加大生長速率可以有效的降低晶體生長過程中的固液界面的形變量。