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生長球冠形異型晶體用組合式坩堝的制作方法

文檔序號:8049618閱讀:304來源:國知局
專利名稱:生長球冠形異型晶體用組合式坩堝的制作方法
技術領域
本實用新型涉及晶體生長,特別是一種供垂直溫梯法生長球冠形異型晶體用組合式坩堝。這種組合式坩堝也可以適用于熱交換法(HEM)和坩堝下降法(Bridgman)等生長大尺寸高溫單晶體。
背景技術
用一般的方法生長的普通形狀的晶體經切割、機械加工等程序成為形狀較復雜的晶體會導致昂貴材料的損耗,同時在晶格中引入缺陷和改變晶體的物理機械性能,為了克服這些缺點,發(fā)展能滿足尺寸、形狀和性能要求的結晶方法就顯得非常重要,即直接生長接近成型的異型晶體。成型晶體生長提供了根據不同的預定截面參量生長單晶的可能性,它可以生長其它方法難以形成的幾何形狀。不同的晶體形狀如板狀,不同截面的棒狀、管狀、盤狀、球冠狀等異型晶體被應用在科學與技術中的許多方面,如管狀應用于激光泵浦燈、室外照明高壓鈉燈的包殼;具有通道的空心桿狀可應用于高效激光裝置等。
球冠形異型晶體在軍事領域有重要的應用,如導彈的頭部鐘罩就需要球冠形或者類似形狀。以前生長球冠形異型晶體是用非毛細管成型技術(NoncapillaryShaping Technique)生長(參見Journal of crystal growth,第179卷,1997年,第175頁),和導模法(Edge-defined Film-fed Growth)生長(參見Window andDome Technologies and Materials II,SPIE Proc.1326,1990年,第2頁)。
上述已有技術具有明顯的缺點模具設計非常復雜,生長需要精密控制,不便操作,而且原料利用率不高、生長成本較高。

發(fā)明內容
本實用新型的目的就在于提供一種用于生長球冠形異型晶體的組合式坩堝,以滿足垂直溫梯法、熱交換法(HEM)和坩堝下降法(Bridgman)等方法生長球冠形異型晶體。
本實用新型的技術解決方案如下
一種生長球冠形異型晶體用組合式坩堝,其特征是它由外部坩堝、內部坩堝及坩堝內部錐體組成所述的外部坩堝的底設有籽晶槽,該籽晶槽以一定弧度平滑過渡地于一半球形弧相接,坩堝頂部開有一定寬度和深度的三個縱向槽,,在縱向槽的下部開有相同寬度的橫向槽;所述的內部坩堝,其頂部設有三個與外部坩堝間距離相等且?guī)ж摴畹臋M向固定塊體,內部坩堝半球形弧之上一定高度設有與三個相間120°的傾斜向下的導流槽;該坩堝內部錐體置于內部坩堝中,該坩堝內部錐體之頂為錐體,其下是直徑與錐體底面直徑相等且有一定厚度的圓柱體,圓柱體下面是小直徑的圓柱體,該坩堝內部錐體的高度,當該坩堝內部錐體放入內部坩堝時,恰使錐體底邊與導流槽在內部坩堝開口的內壁底沿平齊。
所述的三個縱向槽相間120°。
所述的內部坩堝、外部坩堝及坩堝內部錐體是由同一種材料制成的,材料可以是石墨、鉬、鎢及鎢鉬合金等,外部坩堝內表面拋光,內部坩堝外表面拋光,錐體的上表面拋光。
與在先技術相比,本實用新型采用了一種用于生長球冠形異型晶體的組合式坩堝,這種組合式坩堝適用于垂直溫梯法、熱交換法(HEM)和坩堝下降法(Bridgman)等生長大尺寸高溫單晶體。利用本實用新型的組合式坩堝用溫度梯度爐在坩堝內直接形成需要的球冠形異型晶體,或根據設計需要的其他形狀的晶體,生長過程操作簡單,易于控制,而且與在先技術相比,原料的利用率更高,可以有效的降低成本。


圖1是外部坩堝結構圖圖2是內部坩堝結構剖視圖圖3是內部坩堝結構俯視圖圖4是坩堝內部錐體結構圖圖5是坩堝組合示意圖具體實施方式
圖1、圖2、圖3、圖4和圖5是本實用新型球冠形異型晶體的組合式坩堝最佳實施例結構圖,本實用新型球冠形異型晶體的組合式坩堝由3部分組成外部坩堝1、內部坩堝2及坩堝內部錐體3,分別見圖1、圖2和圖3??傮w組合圖見圖4。內部坩堝、外部坩堝及坩堝內部錐體為同一種材料,材料可以是石墨、鉬、鎢及鎢鉬合金等,外部坩堝內表面拋光,內部坩堝外表面拋光,錐體上表面拋光。
外部坩堝見圖1,帶有籽晶槽11,籽晶槽11與半球形弧12以一定的弧度平滑過渡,坩堝頂部開有三個縱向槽13,三個槽相間120°。在縱向槽13的下部開有相同寬度的橫向槽14。
內部坩堝見圖2,外表面從頂部開始往下為三個相間120°與內部和外部坩堝間距離相等且?guī)ж摴畹臋M向固定塊體21,內部坩堝半球形弧上一定高度上,有與三個相間120°斜向下的導流槽22。
該坩堝內部錐體3之頂為錐體31,其下是直徑與錐體底面直徑相等且有一定厚度的圓柱體32,圓柱體32下面是小直徑的圓柱體33,該坩堝內部錐體3的高度恰使錐體31底邊與導流槽22在內部坩堝2開口的內壁底沿平齊。
形成球冠形異型形狀坩堝的設計如下生長用球冠形異型坩堝的形成是由內部和外部兩個底部為半球形的異型坩堝共同構成,內部和外部坩堝分別見圖1和2。其中外部坩堝底部帶有籽晶槽11,籽晶槽與半球形弧12以一定弧度平滑過渡,半球形弧以上部分有一定錐度。內部坩堝底部為半球形,其直徑由生長晶體的厚度決定,半球形弧以上部分帶有與外部坩堝一樣的錐度。為了使內部和外部坩堝裝配更容易,內部坩堝從半球形弧以上部分高于外部坩堝半球形弧以上部分。
內部和外部坩堝之間的固定方法是外部坩堝頂部開有一定寬度和深度的三個縱向槽13,三個槽相間120°。在縱向槽的下部開有相同寬度的橫向槽14,高度為縱向槽13的一半。內部坩堝外表面從頂部開始往下為三個相間120°與內部和外部坩堝間隔距離相等且?guī)ж摴畹臋M向固定塊體21,塊體寬度大于外部坩堝開槽的總寬度,高度大于外部坩堝所開縱向槽高度。在前所述的三個橫向塊體上,從塊體底端中間開始有寬度稍小于外部坩堝橫向槽的三個鉚合塊。鉚合塊的寬度稍小于外部坩堝縱向槽,高度稍小于外部坩堝橫向槽。外部坩堝縱向槽底部到半球形弧開始處的高度與內部坩堝鉚合塊底部到半球形弧開始出的高度相同。將內部坩堝的三個塊體放入外部坩堝所述槽中旋轉使內外兩個坩堝固定。
異型坩堝原料和熔體填充方法是原料為顆粒較大的料和生長晶體厚度較大原料易于填充時,原料可以直接填充于內部和外部坩堝之間。原料為粉末料時,要進行壓料后填充與內部坩堝中。這種情況下內部坩堝在半球形弧上一定高度與三個相間120°斜向下的導流槽22。同時內部坩堝中要放入一個錐體3。錐體31下部有直徑等與錐體底面直徑相等且有一定厚度的圓柱體32,圓柱體32下面是直徑更小的與內部坩堝底部接觸的小圓柱體33,高度應使上述錐體底部與內坩堝壁的導流槽22底部開口處平齊。將原料加入到錐體31上部,原料熔化后經導流槽22流入內外坩堝之間的半球形部分,這種設計可以使原料充分利用。
一次生長多個球冠形異型晶體的坩堝設計如下一次生長數量大于N(N>2)個的晶體需要N+1個坩堝配合使用,坩堝之間的固定方法同前所述相同,不同之處在于除外部坩堝之外,所有坩堝底部中心處都有相同直徑的小原孔。原料直接填充于最內部坩堝之內,原料熔化后經坩堝底部的圓孔填充于各個坩堝之間的半球形內。
實施例1用上述圖示的組合式坩堝進行球冠形異型氟化鈣晶體的生長本實施例中所用本實用新型的組合式坩堝材料采用高純石墨。將外部坩堝固定在溫度梯度爐的氧化鋯座上,內部坩堝用前述方法與之固定,錐體放入內部坩堝內,將定好向的籽晶放入籽晶槽內,經過壓料的氟化鈣原料填充于錐體上,裝好爐,抽真空至10-4Pa,再充入高純氬氣保護氣氛至1個大氣壓,然后升溫至熔體溫度~1430℃,恒溫2小時,以2℃/hr速率降溫生長晶體。結晶完成后以20℃/小時速率降至室溫,生長全過程結束。
從溫梯爐中取出組合式坩堝,將組合式內部坩堝與外部坩堝、坩堝內部錐體分開,將位于內部坩堝與外部坩堝間的球冠形異型氟化鈣晶體取出。晶體透明、完整。
權利要求1.一種生長球冠形異型晶體用組合式坩堝,其特征是它由外部坩堝(1)、內部坩堝(2)及坩堝內部錐體(3)組成所述的外部坩堝(1)的底設有籽晶槽(11),該籽晶槽(11)以一定弧度平滑過渡地于一半球形弧(12)相接,坩堝頂部開有一定寬度和深度的三個縱向槽(13),,在縱向槽(13)的下部開有相同寬度的橫向槽(14);所述的內部坩堝(2),其頂部設有三個與外部坩堝間距離相等且?guī)ж摴畹臋M向固定塊體(21),內部坩堝(2)半球形弧之上一定高度設有與三個相間120°的傾斜向下的導流槽(22);該坩堝內部錐體(3)置于內部坩堝(2)中,該坩堝內部錐體(3)之頂為錐體(31),其下是直徑與錐體底面直徑相等且有一定厚度的圓柱體(32),圓柱體(32)下面是小直徑的圓柱體(33),該坩堝內部錐體(3)的高度恰使錐體(31)底邊與導流槽(22)在內部坩堝(2)開口的內壁底沿平齊。
2.根據權利要求1所述的組合式坩堝,其特征在于所述的三個縱向槽(13)相間120°。
3.根據權利要求1所述的組合式坩堝,其特征在于所述的內部坩堝(2)、外部坩堝(1)及坩堝內部錐體(3)是由同一種材料制成的,材料可以是石墨、鉬、鎢及鎢鉬合金等,外部坩堝(1)內表面拋光,內部坩堝(2)外表面拋光,錐體(3)的上表面拋光。
專利摘要一種生長球冠形異型晶體用組合式坩堝,由外部坩堝、內部坩堝及坩堝內部錐體組成,該外部坩堝的底設有籽晶槽,該籽晶槽以一定弧度平滑過渡地于一半球形弧相接,坩堝頂部開有一定寬度和深度的三個縱向槽,在縱向槽的下部開有相同寬度的橫向槽;該內部坩堝的頂部設有三個與外部坩堝三個縱向槽相對應的間距離相等的且?guī)ж摴畹臋M向固定塊體,內部坩堝半球形弧之上設有三個相間120°的傾斜向下的導流槽;該坩堝內部錐體之頂為錐體,其下是直徑與錐體底面直徑相等且有一定厚度的圓柱體,圓柱體下面是小直徑的圓柱體,該坩堝內部錐體的高度,恰使錐體底邊與導流槽在內部坩堝開口的內壁底沿平齊。
文檔編號C30B15/10GK2637506SQ03256079
公開日2004年9月1日 申請日期2003年7月29日 優(yōu)先權日2003年7月29日
發(fā)明者董永軍, 周國清, 徐軍, 蘇良碧, 司繼良, 楊衛(wèi)橋, 李紅軍 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所
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