專利名稱：閃爍體晶體以及形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本披露是針對單晶體，并且特別是針對包括稀土硅酸鹽組合物的單晶體，以及形 成它們的方法。
背景技術(shù)：
某些晶體組合物作為可以用在檢測器應(yīng)用中(范圍從核物理學(xué)、醫(yī)學(xué)到更多的工 業(yè)應(yīng)用，例如采礦和鉆孔)的閃爍材料是有用的。當(dāng)前，醫(yī)藥行業(yè)已經(jīng)對某些稀土硅酸鹽顯 示了很大的興趣，此類材料以閃爍單晶體成分的形式具有潛在地所希望的特性。這些特性 包括快速衰減時間(快)、輻射俘獲效率(密度)、光強(qiáng)度(明亮)、以及減小的像素串?dāng)_。 然而，在追求此類有前景的材料的商業(yè)化上仍舊存在挑戰(zhàn)。典型地，使用Czochralski方法使稀土硅酸鹽的閃爍體晶體以及特別地單晶體生 長，在該方法中，將用于引起一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)生長的一個晶種與包含一種稀土硅酸鹽組合 物的一個熔融物相接觸，并且將晶種從熔融物拉出并且相對于熔融物旋轉(zhuǎn)以形成單晶體材 料的一種圓柱形晶錠。雖然現(xiàn)有技術(shù)方法可以生產(chǎn)單晶體稀土硅酸鹽，本行業(yè)繼續(xù)需要高 質(zhì)量的閃爍體晶體以及形成它們的方法。發(fā)明的披露根據(jù)第一個方面，披露了包括一種生成態(tài)限邊送膜生長(Ere)的單晶體的一種閃 爍體晶體。該生成態(tài)Ere單晶體具有一個本體，該本體具有一個厚度、一個寬度、和一個長 度使得厚度<寬度<長度，并且該本體具有的垂直于該長度的截面面積為不小于約16mm2。根據(jù)第二個方面，披露了形成一種閃爍體晶體的一種方法，該方法包括在一個模 口的一個毛細(xì)管(capillary)和一個成形通道內(nèi)提供一種熔融物。該模口被配置在包含 該熔融物的一個坩堝內(nèi)，并且該熔融物在該坩堝內(nèi)限定了一個熔融物表面。該方法進(jìn)一步 包括將一種單晶體從來自該?？诘某尚瓮ǖ赖娜廴谖锢觯@樣使得該單晶體具有一個本 體，該本體具有一個厚度、一個寬度、和一個長度，其中厚度<寬度<長度。該本體具有的垂 直于該長度的截面面積為不小于約16mm2。根據(jù)另一個方面，披露了一種稀土硅酸鹽閃爍體單晶體，該單晶體具有一個本體， 其中該本體具有一個厚度、一個寬度、和一個長度，其中厚度<寬度<長度。該本體進(jìn)一步 包括一個第一端和一個第二端，該第二端由該本體的長度與該第一端分隔，其中該第一端 包括一種第一組合物，并且該第二端包括一種第二組合物，該第二組合物與該第一組合物 相差不少于一種元素。根據(jù)另一個方面，披露了一種限邊送膜生長(Ere)的稀土硅酸鹽單晶體。該稀土硅酸鹽單晶體包括Yb并且具有一個本體，該本體具有一個厚度、一個寬度、一個和長度，其 中厚度 < 寬度 < 長度。附圖簡要說明通過參見附圖可以更好地理解本披露，并且使其許多特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)
人員變得清楚。


圖1是一個流程圖，它展示了根據(jù)一個實(shí)施方案用于形成稀土硅酸鹽單晶體的方 法。圖2是用于根據(jù)一個實(shí)施方案使一種稀土硅酸鹽單晶體生長的一臺限邊送膜生 長(Ere)裝置的簡圖。圖3是根據(jù)一個實(shí)施方案的一個坩堝、?？?、毛細(xì)管以及成形通道的截面圖示。圖4是根據(jù)一個實(shí)施方案的一個毛細(xì)管和成形通道的圖示。
圖5是根據(jù)一個實(shí)施方案的一個毛細(xì)管和成形通道的截面圖示。圖6是根據(jù)一個實(shí)施方案的一個毛細(xì)管和成形通道的截面圖示。圖7是根據(jù)一個實(shí)施方案的具有一個頸(neck)部和一個本體部分的一種如此形 成的單晶體的圖示。圖8是根據(jù)一個實(shí)施方案的一個單晶體的一個本體的圖示。圖9是根據(jù)一個實(shí)施方案的具有一個頸部和一個本體部分的一種如此形成的單 晶體的圖示。圖10是根據(jù)一個實(shí)施方案的包括Yb的一種如此形成的稀土硅酸鹽單晶體的圖
7J\ ο 在不同附圖中使用相同的參考符號表示相似的或相同的事項(xiàng)。優(yōu)選實(shí)施方案的說明參見圖1，在此提供了一個流程圖，該流程圖展示了根據(jù)一個實(shí)施方案用于形成一 種單晶體的步驟。如在圖1中所展示，該過程在步驟101通過在一個坩堝內(nèi)提供一種稀土硅 酸鹽組合物而開始?？傮w上，該稀土硅酸鹽組合物是在室溫下以一種粉末或干的形式在一 個坩堝中提供的。該稀土硅酸鹽組合物可以包括一種單一均勻的粉末，或者可以包含多于 一種粉末的一個不均勻的組合，例如一種稀土硅酸鹽粉末和一種氧化物粉末的一個組合。關(guān)于該稀土硅酸鹽組合物，總體上該硅酸鹽組合物是一種原硅酸鹽或焦硅酸鹽組 合物。如在此所使用的，稀土元素包括例如Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、 Tm、Yb、以及Lu的元素。這樣，該稀土硅酸鹽組合物包括一種或多種這些以上所列的稀土元 素。根據(jù)一個實(shí)施方案，該稀土硅酸鹽組合物包括Lu、Gd、Y、Sc、以及Ce的至少一種，這幾 種元素是特別有效的種類。例如，該硅酸鹽組合物可以包括一種或多種特別的種類Lu、Gd、 Y、Sc、以及 Ce，這樣可以形成 LSO、LYSO, YSO、GSO、ScSO, LGSO, GYSO,以及 LGYSO 的晶體組 合物，其中“L”代表Lu, “Y”代表Y，“G”代表Gd，“S”代表Si，并且“Sc”代表Sc。在具體的實(shí)施方案中，該稀土硅酸鹽組合物可以包括Lu，這樣該稀土硅酸鹽主要 是一種硅酸镥，稱為LS0。甚至更具體地，在LSO硅酸鹽組合物的情況下，可以加入Y以形成 一種釔镥硅酸鹽組合物，稱為LYS0。不過，在LYSO組合物中，Y的量相對于Lu的量而言是 少的，這樣Y典型地是以不大于約50mol%存在的。在其他實(shí)施方案中，Y在硅酸鹽組合物 內(nèi)的量是在約5mol %與約20mol %之間的范圍內(nèi)。該稀土硅酸鹽組合物可以包括其他的無機(jī)材料(例如添加劑)以生產(chǎn)一種摻雜的 單晶體。總體上，其他的無機(jī)添加劑可以包括氧化物類，并且更特別地是包含稀土元素的氧 化物類。合適的稀土元素包括以上所描述的那些，包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、 Dy、H0、Er、Tm、以及Yb。在一個實(shí)施方案中，在形成一種熔融物的制備過程中坩堝的裝料包 括提供一種稀土氧化物、或包含一種或多種稀土元素的復(fù)合氧化物。特別合適的稀土氧化物類包括那些包括Gd、Y、以及Ce的氧化物。在一個具體的實(shí)施方案中，將一種包括Ce的 氧化物作為添加劑加入到坩堝中以生產(chǎn)一種具有特殊閃爍特性的單晶體。少量的一種含鈰 的無機(jī)添加劑的提供促進(jìn)了一種摻雜鈰的晶體的生產(chǎn)?？傮w上，摻雜鈰的晶體可以具有相 對低百分比的Ce，例如不大于約lmol%。其他晶體可以具有更低的Ce含量，例如不大于約 0. 5mol%的Ce，或者不大于約0. 2mol%的Ce。在步驟101中在坩堝內(nèi)提供稀土硅酸鹽組合物(以及任何其他的無機(jī)添加劑)之 后，該過程在步驟103通過將組合物加熱以形成一種熔融物而繼續(xù)進(jìn)行?？傮w上，加熱在不 小于約1800°C的熔融溫度(Tm)下進(jìn)行。在具體的實(shí)施方案中，熔融溫度(Tm)可以是更大 的，例如不小于約1950°C，或不小于約2000°C，不小于約2050°C，或甚至不小于約2100°C。 可以通過使用在坩堝周圍放置的線圈的感應(yīng)加熱來完成加熱，并且總體上不超過2500°C。 總體上，所利用的熔融溫度(Tm)確保了組合物的完全熔化，但是Tm是受限制的為了不必要 地增加該方法的熱量預(yù)算。一旦在坩堝內(nèi)形成了一種流動的熔融物，該熔融物還存在于坩堝內(nèi)的一個?？诓糠謨?nèi)。具體地，該?？诎ㄒ粋€毛細(xì)管和一個成形通道。將會在附圖中更詳細(xì)地進(jìn)行說明， 該模口包括從?？诘牡妆砻嬷械囊粋€開口延伸至模口體內(nèi)的一個內(nèi)部空間的一個毛細(xì)管。 該成形通道從?？诘捻敱砻嬷械囊粋€開口延伸進(jìn)入模口內(nèi)的一個內(nèi)部空間。毛細(xì)管和成形 通道是相連接的，那就是，它們彼此是相通的，并且一起形成一個穿過?？趦?nèi)部的通道。這 樣，一旦形成了一種液體熔融物，該熔融物經(jīng)過毛細(xì)管被拖入?？趦?nèi)并且通過毛細(xì)作用被 拖入成形通道內(nèi)。不像其他的形成單晶體的方法，例如Czochralski方法，本實(shí)施方案利用了特別 設(shè)計的部件，包括基于廣泛測試以經(jīng)驗(yàn)為主開發(fā)的坩堝、毛細(xì)管、以及成形通道，這些部件 使得能夠生長大的稀土硅酸鹽單晶體。這些部件特別使得能夠形成一種熔融物，該熔融物 在?？诘拿?xì)管內(nèi)開始了熔融物的一個毛細(xì)上升，這樣使得該熔融物上升到高出坩堝內(nèi)的 熔融物表面的一個特定的高度?？傮w上，毛細(xì)上升具有的高度為不小于約5. Omm0在另一個 實(shí)施方案中，毛細(xì)上升的高度是更大的，例如不小于約10mm，或不小于約15mm，或甚至不小 于約20mm。不過，毛細(xì)上升的高度是這樣受限制的，以使它典型地是不大于約50mm?？傮w上，可以在一個不反應(yīng)的氣氛中進(jìn)行加熱，例如包含一種惰性氣體、一種稀有 氣體、氮?dú)?、或二氧化碳的一個氣氛。為了提供一個合適的氣氛，在形成稀土硅酸鹽熔融物 之前，可以將在里面形成熔融物的殼體或腔室吹掃?？傮w上，吹掃包括迫使一種不反應(yīng)的氣 體進(jìn)入腔室持續(xù)一段不小于約10分鐘的時間來去除環(huán)境大氣。根據(jù)一個實(shí)施方案，環(huán)境大 氣是用一種不反應(yīng)的氣體進(jìn)行吹掃的，例如一種稀有或惰性氣體，持續(xù)不小于約30分鐘、 或不小于約45分鐘、或甚至不小于約1小時的一段時間。不過，吹掃過程總體上不具有大 于約4小時的一段持續(xù)時間。在充分吹掃之后，熔融物可以在不反應(yīng)的氣氛中形成。根據(jù)一個實(shí)施方案，該氣 氛包括氬，例如像不小于約95vol%的氬。根據(jù)一個具體實(shí)施方案，該氣氛包括不小于約 98vol %的氬，例如不小于約99vol %的氬，或甚至不小于約99. 9vol %的氬。在利用此類氣 氛的實(shí)施方案中，氧氣的濃度可以減小這樣氧氣不大于約5vol%，或不大于約lvol%，或 甚至不大于約0. Ivol %。然而，根據(jù)一個具體實(shí)施方案，氧氣的一些百分比存在于例如氣氛 總體積的約3vol%與約0. Ivol%之間。
在于步驟103形成該熔融物之后，該過程在步驟105通過使一個晶種接觸在?？?內(nèi)的熔融物表面而繼續(xù)進(jìn)行。典型地，該晶種具有與預(yù)期的或所希望的構(gòu)成和所要形成的 單晶體的晶格結(jié)構(gòu)相同的一種晶格結(jié)構(gòu)和構(gòu)成，那就是，該晶種是用于相同類型的晶體生 長的一個模板。將該晶種放低并且接觸在?？趦?nèi)的熔融物表面，并且特別地是在成形通道 內(nèi)存在的熔融物表面。在此過程中，在將晶種接觸熔融物表面后，將溫度從一個熔融溫度 (Tffl)調(diào)節(jié)到一個引晶溫度(Ts)。因此，這個引晶溫度(Ts)典型地是不小于高出熔融溫度 (Tffl)約5°C。在一個實(shí)施方案中，引晶溫度(Ts)是更高的，例如不小于高出熔融溫度(Tm)約 8°C，或不小于高出約10°C，或甚至不小于高出約15°C。那就是例如，引晶溫度(Ts)典型地 是在大約1800°C與大約2150°C之間的范圍內(nèi)?？傮w上，將溫度從熔融溫度(Tm)調(diào)節(jié)到引晶溫度(Ts)，這樣使得一個薄膜在晶種 與成形通道內(nèi)的熔融物表面之間形成。在處于引晶溫度的熔融物表面之上的薄膜應(yīng)該具有 一個特定的高度，這樣使得引起一種單晶體的生長。因此，在引晶溫度(Ts)下，這樣形成液 體膜以使它典型的具有不小于約0. 5mm的高度。在其他實(shí)施方案中，液體膜的高度可以是 更大的，例如大約Imm或甚至2mm。然而，總體上在熔融物之上形成的初始液體膜不大于約 5mm ο
一旦令人滿意地在熔融物表面之上形成了液體膜，將晶種以遠(yuǎn)離成形通道內(nèi)的熔 融物表面的一個方向平移。此過程記錄于在圖1的步驟107引起形成單晶體材料的頸。總 體上，將晶種以不大于約60mm/hr、例如不大于約30mm/hr、或不大于約15mm/hr、或甚至不 大于約5mm/hr的速率平移。不過，晶種的平移適合用于促進(jìn)及時形成一種大型的單晶體并 且因此平移速率總體上是大于約lmm/hr。頸的形成促進(jìn)了可以擴(kuò)展到成形通道的全部尺寸 的單晶體的受控制的生長。此外，在形成頸的過程中一個特殊的拉出速率促進(jìn)了一種大型 質(zhì)量單晶體本體的形成。過大的拉出速率可以導(dǎo)致缺陷的形成，例如夾雜和裂縫，導(dǎo)致了一 種不均勻的并且潛在地多晶的結(jié)構(gòu)。然而，過慢的拉出速率可以具有相同的效果，導(dǎo)致了例 如夾雜、裂縫以及晶界的缺陷的形成。一旦連續(xù)拉出晶種，頸理想地變寬到可與成形通道的寬度相比的寬度。所希望 的是頸擴(kuò)展，并且特別地是頸擴(kuò)展到可與成形通道相比的尺寸，這樣使得形成了具有一個 最大尺寸的本體的一種單晶體。此外，令人希望的是在拉出過程中這種頸均勻地并且對 稱地向?？诘南鄬δ┒藬U(kuò)展，這樣使得由主體的相對側(cè)的轉(zhuǎn)變所限定的主體部分的引發(fā) (initiation)之間的高度差減小了。根據(jù)一個實(shí)施方案，在形成頸的過程中，檢查了在頸內(nèi)生長的單晶體的質(zhì)量?？傮w 上，在頸已經(jīng)生長了一段顯著的長度(例如大約5mm)后進(jìn)行單晶體的檢查。如果頸內(nèi)的單 晶體材料的質(zhì)量是不合適的，可以通過將膜破裂來中止形成過程，并且通過放低晶種并且 重新形成頸來再次弓I發(fā)形成過程。在于步驟107形成單晶體材料的頸以后，該過程在步驟109通過形成單晶體的本 體可以繼續(xù)進(jìn)行。典型地，單晶體的本體具有大于頸的尺寸，并且本體形成了單晶體的區(qū) 域，從該區(qū)域?qū)⑹斋@用于特殊應(yīng)用的一種或多種晶體。由于單晶體所要生長的大尺寸，將 溫度從一個引晶溫度(Ts)調(diào)節(jié)到一個擴(kuò)展溫度(Tsp)，這幫助了膜在橫跨成形通道寬度的 熔融物表面之上的擴(kuò)展以形成一種具有所希望尺寸的單晶體本體?？傮w上，擴(kuò)展溫度(Tsp) 為不小于低出引晶溫度(Ts)約2°C。根據(jù)一個具體實(shí)施方案中，擴(kuò)展溫度(Tsp)不小于低出引晶溫度(Ts)約5°C，或不小于低出約8°C，或甚至不小于低出約10°C。不過，擴(kuò)展溫度 (Tsp)總體上不大于低出引晶溫度(Ts)約20°C。那就是例如，擴(kuò)展溫度(Tsp)典型地是在大 約1800°C與大約2150°C之間的范圍內(nèi)。在生長過程中，對膜高出熔融物表面的高度進(jìn)行控制使得單晶體本體的全部尺寸 可以有效生長。具體地，高出熔融物表面的液體膜的高度總體上是不大于約1mm，或不大于 約0. 5mm,或典型地在大約0. 2mm與大約0. 5mm之間的范圍內(nèi)。在一個實(shí)施方案中，高出成 形通道表面的液體膜的高度總體上是大約0. 3mm。通過調(diào)節(jié)晶種遠(yuǎn)離熔融物表面的平移速率，在單晶體的本體生長的過程中，膜的 高度可以是部分受控的。這樣，晶種總體上以不大于約25mm/hr的速率遠(yuǎn)離熔融物表面向 上平移?？梢詫⒕ХN以更慢的速率平移，例如不大于約20mm/hr，不大于約10mm/hr，或甚至 不大于約5mm/hr。這樣，在本體生長過程中，晶種總體上以大約5mm/hr到大約15mm/hr之 間的范圍內(nèi)的速率平移。將會在單晶體本體的生長過程中并且特別是在大的單晶體的生長過程中理解的 是，隨著所生長的晶體的質(zhì)量增加，坩堝內(nèi)的熔融物的質(zhì)量將減小。為了避免限制在坩堝內(nèi) 基于材料初始質(zhì)量形成的單晶體的大小，并且為了維持高的構(gòu)成均勻性，根據(jù)一個具體實(shí) 施方案，可以在單晶體生長過程中用多種原料重新充滿坩堝。例如通過一個進(jìn)料管在生長 過程中向熔融物提供原料促進(jìn)了稀土硅酸鹽單晶體的連續(xù)生長，并且用具有一個適當(dāng)?shù)幕?學(xué)計量的原料重新裝入熔融物，因此減小了在生長的單晶體中的構(gòu)成變化。在生長過程中，一個重新裝料過程或用原料對坩堝的供能促進(jìn)了大型的結(jié)晶體的 形成。然而，這樣的一個過程是需要小心處理的，并且可以要求在熔融物溫度上的調(diào)節(jié)以維 持一種合適的液相用于適當(dāng)?shù)木w生長。在供能加工中的某些情況下，在坩堝的重新裝料 過程中，可以將溫度升高以維持XXXXXX。此外，在一個具體實(shí)施方案中，最終形成的晶體的質(zhì)量(M。)大于原料的最初質(zhì) 量(Mm)。那就是，在一個實(shí)施方案中，晶體的最終質(zhì)量與原料的初始質(zhì)量之間的質(zhì)量之比 (Mc Mffl)為不小于約2 1。根據(jù)另一個實(shí)施方案，該質(zhì)量之比(M。 Mffl)更大，例如不小 于約3 1，或不小于約4 1，或甚至不小于約5 1。這樣的一個質(zhì)量之比可以通過在單 晶體形成過程中原料的有規(guī)律的裝料、或甚至連續(xù)的進(jìn)料到坩堝來完成。一旦完成了本體的形成，那就是，當(dāng)形成了一種具有合適尺寸的令人滿意的晶體 時，將單晶體本體以一個速率從熔融物表面拉出，使得液體膜破裂并且生長過程終止。因 此，在此過程中，晶種典型地是以不小于約50mm/hr的速率遠(yuǎn)離成形通道內(nèi)的熔融物表面 來拉出的。在一個實(shí)施方案中，拉出速率是更大的，例如不小于約75mm/hr，或甚至不小于約 100mm/hr。這樣，用來使生長過程結(jié)束的拉出速率典型的在大約500mm/hr與大約5000mm/ hr之間的范圍內(nèi)。在單晶體本體的形成完成之后，本體可以經(jīng)過一個退火過程。這樣，可以將晶體 在一種合適的氣氛中在退火溫度下保持一段合適的持續(xù)時間?？傮w上，退火溫度不小于 約1000°C。在其他實(shí)施方案中，退火溫度是更大的，例如不小于約1200°C，或不小于約 1500°C，或甚至不小于約1800°C。總體上，退火溫度不大于約2000°C。此外，由于單晶體本 體的尺寸和構(gòu)成，一段典型的退火持續(xù)時間為至少約30分鐘。其他實(shí)施方案利用了一段更 長的退火持續(xù)時間，例如不小于約1小時，或不小于約2小時，或甚至不小于約5小時?？傮w上，退火過程不長于約120小時。退火氣氛可以是還原的、中性的、或氧化的。這樣，該氣 氛可以包括一種正常大氣、一種稀有氣體、二氧化碳、或氮?dú)?。參見圖2，展示了一臺晶體生長裝置200并且具體地是一臺限邊送膜生長(ER；)裝 置。裝置200部分地包括一個坩堝201和配置在坩堝內(nèi)的一個模口 202。具體地關(guān)于坩堝 201，根據(jù)一個具體實(shí)施方案，坩堝201是由一種耐火材料(例如一種難熔金屬)制成的。合 適的難熔金屬是鑒于預(yù)期的熔融物構(gòu)成基于金屬的潤濕行為來選擇的。具體地，合適的難 熔金屬包括鎢、鉭、鉬、鉬、鎳、銥、以及它們的合金。根據(jù)一個具體實(shí)施方案，坩堝基本上是 由銥制成的。除了在生長裝置200內(nèi)所使用的材料外，坩堝201(連同在此描述的其他部件)的 尺寸也是特別設(shè)計的以促進(jìn)大的單晶體的生長。具體地，坩堝的尺寸不是相對于現(xiàn)有技術(shù) 而簡單地增大的以使更大的單晶體生長。而是，根據(jù)本實(shí)施方案，坩堝的尺寸是經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)的 測試而特別設(shè)計的以與其他部件(例如毛細(xì)管和成形通道)聯(lián)合工作，這樣使得促進(jìn)了大 型單晶體的有效并且精確的生長。具體地，坩堝的高度總體上是不大于約50mm。在其他實(shí)施 方案中，坩堝高度是更小的，例如不大于約40mm，或不大于約30mm，或甚至不小于約20mm。 在某些情況下，坩堝的高度是在大約IOmm與大約40mm之間的范圍內(nèi)。坩堝具有容納?？诘某叽绮⑶铱梢允抢鐖A形或橢圓形的。此外，可以選擇某些尺寸的坩堝以適應(yīng)某些加工要求，例如，一個用于一種連續(xù)裝料過程的坩堝可以具有的比 一個用于一種單一裝料過程的坩堝更小的直徑，在單一裝料過程中在生長過程中沒有向坩 堝供能或重新裝料。例如，在某些實(shí)施方案中坩堝的直徑(即矩形形狀坩堝的寬度)可以 是至少約50mm，例如至少約70mm、80mm，或甚至至少約100mm。不過，對坩堝的直徑進(jìn)行限制 的以使它在大約50mm與大約200mm之間的范圍內(nèi)。如先前所描述的，晶體生長裝置200包括一個?？?202，?？?202可以包括一個毛 細(xì)管和一個成形通道(沒有在圖2中展示)，在此結(jié)合下圖進(jìn)行更詳細(xì)的說明。總體上，模 口 202是由一種無機(jī)材料、具體地是一種耐火材料、并且更具體地是一種具有基于已知的 熔融物構(gòu)成的合適的潤濕行為的耐火材料形成的。這樣，合適的耐火材料典型地包括難熔 金屬，例如鎢、鉭、鉬、鉬、鎳、以及銥、以及它們的合金。根據(jù)一個具體實(shí)施方案，模口 202基 本上是由銥制成的。如以上所描述的，生長裝置200內(nèi)的某些部件的尺寸是特別設(shè)計的以促進(jìn)特別的 大型單晶體的生長。?？?202是一個這樣的部件，被特別地設(shè)計來與其他部件(例如坩堝 201)結(jié)合以促進(jìn)大的單晶體的生長。因此，?？?202的高度總體上是不大于約50mm。不過， 在一個實(shí)施方案中，?？诟叨仁歉〉模绮淮笥诩s40mm，或不大于約30mm，或甚至不大 于約20mm。典型地，?？?202的高度是在大約IOmm與大約40mm之間的范圍內(nèi)。如同坩堝 201，模口 202可以具有一種總體上對稱的或多邊形截面的輪廓，例如像一種圓形或橢圓形 的形狀。除了坩堝201和模口 202外，晶體生長裝置200還進(jìn)一步包括定位在坩堝之上的 一個蓋子205和多個隔離件203，連同一個隔熱屏239。根據(jù)一個實(shí)施方案，這些部件中的 每一個，即蓋子205、隔離件203、以及屏239是由耐火材料(例如難熔金屬)形成的。合適 的難熔金屬可以包括這些金屬，例如鎢、鉭、鉬、鉬、鎳、銥、以及它們的合金。根據(jù)一個具體 實(shí)施方案，蓋子205、隔離件203、以及屏239基本上是由銥制成的。
如在圖2中所進(jìn)一步展示，在坩堝201和模口 202之上的隔熱屏239提供了一個 受控制的空間和環(huán)境用于將一個晶種211遠(yuǎn)離模口 202的頂表面拉出，這樣使得可以形成 一個頸部209和一個本體207。根據(jù)一個具體實(shí)施方案，形成了隔熱屏239，這樣使得它控 制了橫跨單晶體本體的寬度的熱梯度。根據(jù)一個具體實(shí)施方案，形成了熱屏蔽，這樣使得存 在橫跨?？?202寬(邊緣中心)的不大于50°C的一個熱梯度。根據(jù)另一個具體實(shí)施方案， 橫跨?？?202寬度的熱梯度是更小的，這樣它不大于約10°C，或甚至不大于約5°C。橫跨模 口 202的熱梯度的控制促進(jìn)了一種質(zhì)量單晶體的受控制的生長。
如在圖2中所展示，坩堝201、模口 202、以及隔熱屏239被配置在一個殼體222內(nèi)。 如所展示的，殼體222可以包括多個層，典型地是絕緣層，它們可以促進(jìn)殼體內(nèi)的精確的溫 度控制以及因此大型單晶體的受控制的生長。殼體222可以包括一個下部的內(nèi)殼213、鄰 近下部的內(nèi)殼213的一個第一絕緣部分215、鄰近第一絕緣部分215的一個第二絕緣部分 217、以及鄰近第二絕緣部分217的一個外殼219。典型地，內(nèi)殼213以及對應(yīng)的殼體222內(nèi) 的部件可以具有一種對稱的外形，例如一種圓形或矩形截面的外形。構(gòu)成絕緣層和殼體222內(nèi)的部件的材料可以是特別設(shè)計的用于更強(qiáng)的加工控制。 例如，殼體部件可以是鑒于熔融物的構(gòu)成而特別設(shè)計的，這樣使得熔融物與殼體部件間的 潛在的化學(xué)相互作用是受控制的，促進(jìn)了更大的更均勻的單晶體的生長。具體地，內(nèi)殼典型 地是由一種耐火材料、特別是一種耐火陶瓷材料制成的。合適的耐火陶瓷具體地包括氧化 物類，例如氧化鋯、氧化鋁、以及硅石(例如石英)。根據(jù)一個實(shí)施方案，內(nèi)殼是由氧化鋯制 成的，并且特別地基本上是由氧化鋯制成的。此類氧化物可以是特別合適的，由于它們在生 長環(huán)境內(nèi)趨于不反應(yīng)。關(guān)于第一絕緣部分215，典型地，第一絕緣部分被配置在鄰近內(nèi)殼213，并且具體 地與下部的內(nèi)殼213的一個外表面直接接觸。第一絕緣部分215可以包括一種耐火材料 (這種耐火材料可以是一種實(shí)心塊材料、或結(jié)合了耐火材料的一種實(shí)心塊材料)以及一種 高程度孔隙率(例如一種纖維的、海綿狀的、或網(wǎng)狀的)材料(例如像氈、陶渣、纖維、或一 種織物)。根據(jù)一個具體實(shí)施方案，第一絕緣部分215包括耐火陶瓷，例如氧化物類。例如， 合適的耐火氧化物包括氧化鋯、氧化鋁、以及硅石(例如石英)。根據(jù)一個具體實(shí)施方案，第 一絕緣部分215包括氧化鋯，并且具體地是一種氧化鋯陶渣。關(guān)于第二絕緣部分217，總體上第二絕緣部分217鄰近第一絕緣部分215，并且具 體地與第一絕緣部分215直接接觸。如同第一絕緣部分215，第二絕緣部分217可以包括一 種實(shí)心塊材料，或可替代地可以結(jié)合一種具有高程度孔隙率的耐火材料。因此，第二絕緣部 分217總體上包括一種耐火材料，并且具體地是一種耐火陶瓷。這樣，合適的耐火陶瓷可以 包括氧化物，例如氧化鋯、氧化鋁、以及硅石(例如石英)。根據(jù)一個具體實(shí)施方案，第二絕 緣部分217包括一種氧化鋁氈。殼體222包括一個外殼219，它鄰近第二絕緣部分217，并且具體地與第二絕緣部 分217直接接觸。典型地，外殼219是限定了殼體222的外壁的一種固體材料。因此，外殼 219典型地包括一種耐火材料，例如一種耐火陶瓷(例如一種氧化物)。這樣，合適的耐火 氧化物可以包括氧化鋯、氧化鋁、以及硅石(例如石英)。根據(jù)一個具體實(shí)施方案，外殼219 是一種石英材料，并且具體地是一個石英管。除了所述的部件外，殼體222還可以包括其他絕緣部分。如在圖2中所展示，殼體222可以進(jìn)一步包括坩堝201下面的一個絕緣部分221。因此，絕緣部分221典型地包括那 些在第一和第二絕緣部分215和217內(nèi)所使用的材料。根據(jù)一個具體實(shí)施方案，絕緣部分 221包括一種氧化鋯絕緣材料。如在圖2中所進(jìn)一步展示，殼體222可以包括多個絕緣底 板，值得注意地是一個第一絕緣板223、一個第二絕緣板225、以及一個第三絕緣板227。因 此，這些223、225以及227中的每一個可以包括與以上所描述的那些類似的耐火材料。如在圖2中所展示的晶體生長裝置200可以進(jìn)一步包括一個上部230，上部230進(jìn) 一步包括絕緣部分以提供合適的對于晶種211的隔離，晶種211是由一個拉出裝置遠(yuǎn)離模 口 202的表面向上拉出的。因此，上部230可以包括一個外殼231，該外殼鄰近內(nèi)殼213但 是與內(nèi)殼213分開。內(nèi)殼213部分與上部230的外殼231之間的空間229允許外殼231向 上遠(yuǎn)離殼體222平移，這樣使得晶種可以遠(yuǎn)離?？?202的表面被拉出。因此，上部230的外 殼231可以包括一種耐火材料，例如一種陶瓷，并且具體地是一種氧化物。合適的氧化物可 以包括氧化鋯、氧 化鋁、以及硅石(例如石英)。根據(jù)一個實(shí)施方案，上部230的外殼231是 一個氧化鋁管。此外，除了外殼231外，上部230還可以進(jìn)一步包括例如外絕緣層233的絕緣層。 外絕緣層233可以包括例如那些如上所述的絕緣材料，并且特別地可以包括耐火材料，例 如氧化物，像氧化鋁、氧化鋯、以及硅石。根據(jù)一個具體實(shí)施方案，絕緣層233是一種氧化鋁 羊毛。參見圖3，展示了一個坩堝301和一個?？?303的截面圖。坩堝301包括一種熔 融物309以及配置在其中的?？?303。坩堝301和模口 303是特別地支持大的單晶體生長 的部件。具體地，模口 303包括一個處于底部的開口 304和一個毛細(xì)管305，該毛細(xì)管從模 口 303的開口 304延伸到?？?303內(nèi)的一個內(nèi)部空間。?？?303進(jìn)一步包括一個成形通道 307，該成形通道從?？?303的一個頂表面延伸至模口 303內(nèi)的一個內(nèi)部空間，在這里它們 與毛細(xì)管305相通。因此，經(jīng)過毛細(xì)管305和成形通道307，在模口 303的底表面與頂表面 之間形成了一個通道。如所展示的，熔融物309沿毛細(xì)管305向上延伸并且延伸到成形通 道307，這促進(jìn)了包括熔融物309的組合物的一種單晶體本體的形成。毛細(xì)管305和成形通 道307的尺寸是特別設(shè)計的以促進(jìn)一種大的單晶體本體的有效生長。圖3展示了一個毛細(xì)管305，該毛細(xì)管具有從開口 304延伸至成形通道307的毛 細(xì)管高度00。同樣展示的是毛細(xì)上升的高度(C；)，該高度被展示為毛細(xì)管305內(nèi)的熔融 物309上升超出坩堝301內(nèi)的熔融物309表面的距離。如以上所描述的，在熔融物的形成 過程中，該方法包括開始一個毛細(xì)上升(C,)，這促使了將熔融物309沿毛細(xì)管305向上移動 到成形通道307以引發(fā)晶體生長。模口 303內(nèi)的毛細(xì)管305和成形通道307的外觀設(shè)計獲 得了一個合適的毛細(xì)上升(C；)用于大的單晶體的生長?？傮w上，毛細(xì)上升(C；)具有的高度 為不小于約10mm。在一些實(shí)施方案中，毛細(xì)上升的高度是更大的，例如不小于約15mm，或不 小于約20mm，或甚至不小于約25mm。然而，總體上毛細(xì)上升的距離是不大于約50mm。參見圖4，根據(jù)一個實(shí)施方案展示了在一個?？趦?nèi)將可得到的一個成形通道403 和毛細(xì)管401的透視圖。毛細(xì)管401和成形通道403的外形、尺寸以及材料促進(jìn)了大型單 晶體的生長。事實(shí)上，這些特征促進(jìn)了在生長過程中一個合適的初始毛細(xì)上升與一個合適 的毛細(xì)作用之間的一個平衡，并且因此促進(jìn)了在用于使大型單晶體生長的延伸生長期間的 熔融物連續(xù)流動。更詳細(xì)地，毛細(xì)管401具有對應(yīng)地由w。、t。以及h。代表的寬度、厚度以及高度的尺寸。如在此使用的，術(shù)語“寬度”、“厚度”以及“高度”是如下使用的。寬度和厚度 是在相同平面中延伸的測量，并且基本上彼此垂直。除非另行說明，否則寬度大于厚度。高 度是在與由寬和厚所形成的平面垂直的平面內(nèi)延伸的一個測量。根據(jù)一個具體實(shí)施方案，毛細(xì)管401具有由高度與厚度之比(h。 t。)所定義的一 個最初的毛細(xì)管之比，該比例促進(jìn)了大的稀土硅酸鹽單晶體的生長?？傮w上，最初的毛細(xì)管 之比(h。 t。)是不大于約100 1。根據(jù)另一個實(shí)施方案，最初的毛細(xì)管之比是不大于約 75 1，例如不大于約50 1，或不大于約20 1。根據(jù)一個實(shí)施方案，最初的毛細(xì)管之比 是在大約75 1到大約20 1之間的范圍內(nèi)。毛細(xì)管的高度(h。)支持了熔融物組合物的充足的初始毛細(xì)上升，同樣促進(jìn)了一個 特別的坩堝容積的利用以促進(jìn)大的單晶體的生長。雖然熔融物的潤濕行為可以取決于多種 因素而不同，這些因素包括溫度和構(gòu)成，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，典型地不大于約50mm的毛細(xì)管高度是 合適的。在一個實(shí)施方案中，毛細(xì)管的高度是更小的，例如不大于約40mm，不大于約30mm， 或甚至不大于約25mm。典型地，毛細(xì)管高度是在大約IOmm與大約40mm之間的范圍內(nèi)。此外，毛細(xì)管401的厚度是特別設(shè)計的以與其他部件合并，并 且具有尺寸特征以 促進(jìn)一種具體的熔融物材料的一個合適的毛細(xì)上升用于大型單晶體的生長。更具體地，毛 細(xì)管的厚度(t。)總體上是不大于約2mm。根據(jù)一個具體實(shí)施方案，毛細(xì)管的厚度是不大于 約1. 5mm，例如不大于約1mm，不大于約0. 8mm，或甚至不大于約0. 25mm。關(guān)于毛細(xì)管401的其他尺寸特征，毛細(xì)管401的寬度是特別設(shè)計的以與其他部件 聯(lián)合工作以促進(jìn)一種具體的熔融物材料的一個合適的毛細(xì)上升用于大型單晶體的生長。毛 細(xì)管401典型地具有不大于約500mm的寬度(W。)。根據(jù)另一個實(shí)施方案，寬度是不大于約 400mm，例如不大于約300mm，或甚至不大于約200mm。更具體地，毛細(xì)管401的寬度可以是 更小的，例如不大于約100mm，不大于約75mm，或甚至不大于約50mm。這樣，在一個實(shí)施方案 中，毛細(xì)管401具有的寬度在大約IOmm與大約250mm之間的范圍內(nèi)。如在圖4中所進(jìn)一步展示，一個成形通道403被配置在毛細(xì)管401之上并且與毛 細(xì)管401相通。如同毛細(xì)管401，成形通道403具有一個高度(hs。)、一個厚度(ts。)、和一個 寬度(wJ。如在此所使用的，成形通道403的厚度(ts。)是在那個方向上的最大的測量值。 如根據(jù)毛細(xì)管401所描述的，成形通道403的構(gòu)成、外形以及尺寸特征也有助于促進(jìn)合適的 初始毛細(xì)上升，同時還在用于形成大型單晶體的延伸生長過程中維持了一種合適的連續(xù)的 熔融物流動。具體地，成形通道403的厚度(tj總體上是不小于約1mm。更典型地，厚度是更 大的，這樣成形通道403具有的厚度(ts。)為不小于約2mm，例如不小于約3mm、或約4mm，或 甚至不小于約5mm。不過，成形通道403的厚度(ts。)是受限制的，以使它典型地是不大于 約30mm，并且典型地在大約3mm與大約30mm之間的范圍內(nèi)，并且更特別地在大約4mm與大 約15mm之間的范圍內(nèi)。成形通道403的高度(hj總體上是不大于約10mm。在一個實(shí)施方案中，高度(hsc) 是不大于約8mm，例如不大于約5mm，或甚至不大于約2mm。典型地，成形通道403的高度 (hsc)是在大約0. 5mm與大約IOmm之間的范圍內(nèi)。成形通道403的寬度(Wsc)總體上是不小于約5mm。在一個實(shí)施方案中，寬度(Wsc) 是更大的，例如不小于約10mm，例如不小于約20mm，或甚至不小于約50mm。典型地，成形通道403的寬度(wj是在大約IOmm與大約250mm之間的范圍內(nèi)。雖然將會理解的是，在圖4中毛細(xì)管401和成形通道403被展示出具有一種基本 上矩形的由對應(yīng)的尺寸所限定的截面的外形，但是其他對稱的或不對稱的多邊形外形是可 以形成的。具體地，成形通道403可以具有其他外形，例如一種圓形截面的外形、或甚至限 定了一個外部范圍和放在外部范圍內(nèi)的一個“島”的適合用于形成具有空心部分的單一結(jié) 晶形狀的一種外形(例如一個管)。參見圖5，根據(jù)一個實(shí)施方案展示了一個毛細(xì)管501和一個成形通道 503的截面 圖。已經(jīng)設(shè)計了成形通道503的特殊外形以促進(jìn)大型單晶體的生長。如同以上所描述的 其他特征，鑒于其他部件的特征，外形是特別設(shè)計的。例如，取決于坩堝和毛細(xì)管的外觀設(shè) 計，成形通道的外形可以是變化的這樣使得熔融物被定位在成形通道內(nèi)的合適深度以引起 膜形成和生長，連同促進(jìn)了熔融物流到成形通道的邊緣用于形成大型單晶體本體。在此實(shí) 施方案中，成形通道503包括延伸遍及成形通道503的高度(hs。)的楔形側(cè)。成形通道503 的這些楔形側(cè)在毛細(xì)管501的側(cè)面與成形通道503的邊之間限定了一個角505?？傮w上，角 505典型地是不小于約90°。根據(jù)一個實(shí)施方案，角505是不小于約110°，例如不小于約 120°，或甚至不小于約130°。根據(jù)另一個實(shí)施方案，角505典型地是不大于約180°。此 夕卜，在成形通道503與毛細(xì)管501之間限定的角505總體上是在大約110°與大約170°之 間的范圍內(nèi)并且更特別地是在大約130°與大約160°之間的范圍內(nèi)。替代的實(shí)施方案可以利用一個具有彎曲側(cè)面(例如像以一種凹的或凸起的方式 從毛細(xì)管延伸的側(cè)面)的成形通道。在一個具體實(shí)施方案中，成形通道是這樣定型的使得 側(cè)面具有一個凸曲率，當(dāng)熔融物上升到毛細(xì)管外和上升到成形通道中時在寬度上提供了小 的逐漸遞增變化。參見圖6，根據(jù)一個具體實(shí)施方案展示了 一個毛細(xì)管601和一個成形通道 603的截面圖。如所展示的，成形通道603具有的側(cè)面具有一個凸曲率?？傮w上，成形通道 603具有的側(cè)面具有限定曲率605的半徑為不大于約IOOmm的一個凸曲率。根據(jù)其他實(shí)施 方案，曲率605的半徑可以是更小的，例如不大于約75mm，或不大于約50mm，或甚至不大于 約 25mm。使用以上所描述的方法和裝置可以生成大的稀土硅酸鹽單結(jié)晶形式和外形。圖7 展示了具有一個本體部分701和一個頸部703的一種單結(jié)晶體700?？傮w上，頸部703是成 形方法的一個結(jié)果并且不用作用于“收獲”生成態(tài)單晶體的一個部分。然而，本體部分701 典型地是生成態(tài)單晶體被使用的部分，例如用于形成閃爍體晶體。如所展示的，本體701具 有一種由一個長度(1)、一個寬度(w)、和一個厚度(t)限定的基本上矩形的外形。在具有一 種基本上矩形的外形的單結(jié)晶體的情況下，垂直于長度所測量(即例如寬度和厚度的兩個 最短尺寸的測量)的本體的截面面積總體上是不小于約16mm2。根據(jù)另一個實(shí)施方案，本體 的截面面積是更大的，例如不小于約25mm2，或不小于約50mm2，或不小于約100mm2，或甚至 不小于約400mm2?？傮w上，本體的截面面積是在大約50mm2與大約IOOOmm2之間的范圍內(nèi)。進(jìn)一步關(guān)于生成態(tài)單晶體本體的尺寸，總體上，厚度是不小于約4mm。根據(jù)一個具 體實(shí)施方案，厚度可以是更大的，例如不小于約6mm，或不小于8mm，或甚至不小于約10mm。 不過，此類單晶體本體的厚度是受限制的使得它典型地是不大于約50mm。此外，此類單結(jié)晶體的寬度總體上是不小于約4mm，這樣使得這些晶體可以具有一 種正方形截面的外形。然而，一些實(shí)施方案預(yù)期使一種具有一種更大矩形尺寸的單結(jié)晶體生長，并且因此寬度可以是更大的，例如不小于約10mm，或不小于約20mm，不小于約50mm， 或甚至不小于約100mm。不過，此類單晶體的寬度總體上是不大于約250mm。進(jìn)一步關(guān)于圖7，使用在此提供的裝置和方法而生成的大的稀土硅酸鹽單晶體典 型地具有的長度為不大于約125mm。不過，該長度可以是更大的，這樣它不小于約200mm，或 不小于約300mm，或甚至不小于約500mm。不過，此 類單晶體本體的長度是受限制的使得它 在大約200mm與大約IOOOmm之間的范圍內(nèi)。將會注意到的是，Czochralski生成的單晶體在它們的幾何學(xué)上是受限制的，形成 圓柱形晶錠形狀并且總體上具有一個長度和一個直徑。雖然本披露的單晶體本體不是這么 受限制的，某些單晶體本體可以具有助益于某些應(yīng)用的特別設(shè)計的尺寸，特別是那些生長 為一個單晶體材料片的單晶體本體。這些片具有一種矩形截面的形狀，其中厚度小于寬度 并且寬度小于長度(t < w < 1)。在單晶體片的情況下，總體上厚度是不大于約寬度測量的 80%。在其他實(shí)施方案中，厚度是更小的，例如不大于約寬度測量的50%，例如不大于約寬 度測量的30%。不像Czochralski生成的單晶體，一種單晶體片的形成減少了后形成加工 并且減少了浪費(fèi)，特別是在提出用作閃爍體像素的更小單晶體的情況下。參見圖8，展示了一種圓柱形的、并且特別地一種管形的單結(jié)晶體800。如代表性 的箭頭所展示的，單結(jié)晶體800具有一個長度(1)、一個直徑(d)和一個厚度(t)。將會理 解的是，這樣的一種單結(jié)晶體800的長度可與在此提供的其他單結(jié)晶體的長度相比(不考 慮外形)。此外，在圖8中所提供的單結(jié)晶體800的直徑也可與在此描述的其他單結(jié)晶體的 寬度相當(dāng)。單結(jié)晶體800的厚度可與根據(jù)在此提供的其他單結(jié)晶體所述的厚度相比。將會 理解的是，雖然單結(jié)晶體800被展示為一種管形體，根據(jù)在此的實(shí)施方案，沒有空心中心的 像桿的或圓柱形的晶體也是可以形成的。此外，將會理解的是，在此描述的方法和部件組合可以允許多個晶體的同時生長。 那就是，可以在一個坩堝內(nèi)提供多于一個?？?每一個具有一個毛細(xì)管和成形通道)，這樣 使得多個晶體可以在一個坩堝內(nèi)自原料通過多個模口同時進(jìn)行生長。關(guān)于稀土硅酸鹽單晶體的構(gòu)成，如先前所描述的，雖然這些晶體可以包括不同的 稀土元素，這些晶體典型地是一種硅酸镥(LSO)。此外，所形成的單晶體總體上是稀土原硅 酸鹽類或稀土焦硅酸鹽類，除了 Lu外，具體地還包括Y、Ce、以及Gd的至少一種。這樣，在此 形成的稀土原硅酸鹽單晶體可以由通式Lu2_(a+b+。)YaCebGd。Si05來描述，其中各組分“a”、“b” 和“C”的摩爾分?jǐn)?shù)如下0彡a彡2，0彡b彡0. 2，并且0彡c彡2。根據(jù)另一個實(shí)施方案， 各組分“a”、“b”和“C”的摩爾分?jǐn)?shù)如下0彡a彡1，0彡b彡0.02，并且0彡c彡0.01。 不過，另一個具體實(shí)施方案利用的各組分“a”、“b”和“C”的摩爾分?jǐn)?shù)如下0彡a彡2， 0彡b彡0. 02，并且c = 0。此夕卜，在此形成的稀土焦硅酸鹽單晶體可以由通式1^2__+。)1(^(1力07來描述， 其中根據(jù)一個實(shí)施方案，各組分“a”、“b”和“C”的摩爾分?jǐn)?shù)如下0彡a彡2，0彡b彡1，并且 0彡c彡2。在一個更具體的實(shí)施方案中，組分“a”、“b”和“C”在0彡a彡1、0彡b彡0. 2、 并且0 < c < 0. 01的范圍內(nèi)。這樣，總體上稀土硅酸鹽單晶體具有一種單斜晶的晶格結(jié)構(gòu)。 根據(jù)一個具體實(shí)施方案，單晶體具有一種具體是空間群C2/c n° 15的單斜晶的晶格結(jié)構(gòu)。通過根據(jù)在此的實(shí)施方案Ere生長的稀土硅酸鹽單晶體以及具體的在此的摻雜 的稀土硅酸鹽單晶體與其他單晶體不同。那就是，在此提供的Ere生長的單晶體可以比使用其他方法(例如通過一種Czochralski方法)生長的單晶體更均勻。特殊的ETO生長的 單晶體的均質(zhì)性的控制部分地歸因于某些種類從熔融物轉(zhuǎn)入形成的晶體的減小的偏析。值 得注意地，在通過一種Czochralski方法生成的稀土硅酸鹽單晶體的情況下，某些摻雜劑 種類(例如像鈰(Ce))在生長過程中基本上是偏析的，這樣使得不能控制此類摻雜劑遍及 晶體體積的存在。所公認(rèn)的是，Czochralski生成的單晶體顯示出相對于某些摻雜劑種類的一個 濃度梯度，并且已經(jīng)確定了相對于某些種類(即Ce)的一個偏析系數(shù)。偏析系數(shù)是晶體 內(nèi)種類的量相比較于熔融物內(nèi)的種類的量之間的比例的一個測量。已經(jīng)確定的是，在一 種Czochralski生成的單晶體內(nèi)對于Ce的偏析系數(shù)是大約0. 25。一個0. 25的偏析系數(shù) 表明在Czochralski生成的單晶體內(nèi)Ce優(yōu)選停留在熔融物內(nèi)。某些種類在熔融物內(nèi)優(yōu) 先的偏析導(dǎo)致了在摻雜劑濃度上沿一種Czochralski生成的晶錠長的一個梯度。對于在 Czochralski生成的單晶體中的某些種類(特別地是關(guān)鍵的摻雜劑種類，例如鈰)的偏析的 無力控制導(dǎo)致了具有不一致特性(特別是閃爍特性)的晶體的形成。在摻雜劑濃度上的梯度可以歸因于某些參數(shù)，包括同體積和質(zhì)量相關(guān)的從熔融物 生成的晶體分?jǐn)?shù)、以及熔融物內(nèi)的摻雜劑的初始量。在用于工業(yè)應(yīng)用而生成的單晶體的情 況下，晶體的大小是趨于大的，例如具有至少約IOOmm的長度和至少約16mm的半徑(寬度) 的晶體。此外，用于形成晶體的熔融物的量(即晶體分?jǐn)?shù))趨于是至少40% (如果不是更 大的)，并且加入到此類晶體中的鈰的初始量總體上是不大于約0. 5mol%。在此提供的Ere形成的單晶體具有增加的均質(zhì)性以及一個更顯著的相對于Ce的 低濃度梯度，特別是在至少具有以上提到的參數(shù)的用于工業(yè)應(yīng)用而生成的大型單晶體的情 況下。根據(jù)一個具體實(shí)施方案，ER；形成的單晶體可以具有一個不大于約1.0Χ10_4πιΟ1% / mm的鈰濃度梯度，該濃度梯度是沿著晶體的長度(代表最初生長方法)來測量的?！白畛跎?長方向”包括與生成態(tài)晶體本體的長度相聯(lián)系的晶體尺寸，在圖7和8中展示為長“1”，另 外典型地是生成態(tài)晶體的最大尺寸。在另一個實(shí)施方案中，鈰濃度梯度可以是更小的，例如 不大于約5. 0 X 10_5mol % /mm,或甚至不大于約1. 0 X 10_5mol % /mm。在一個具體實(shí)施方案 中，在最初生長方向中經(jīng)晶體的長度的在鈰濃度上的平均變化基本上是零。通過對比，Czochralski生成的單晶體(特別是至少具有以上提到的參數(shù)的用于 工業(yè)應(yīng)用而生成的那些)顯示出一個典型地大于約1.5X10_4mol%/mm的濃度梯度。例 如參見 M.A. Spurrier 等人的 “The Effect of Co-Doping on theGrowth Stability and Scintillation Properties of LSO -.Ce", 15th InternationalConference on Crystal Growth, August 2007。更典型地，在Czochralski生成的單晶體晶錠的情況下，濃度梯度總 體上是更大的。大的高度均勻的單晶體本體的生長促進(jìn)了更小的晶體從更大的單晶體本體提取出，其中更小的晶體具有相同程度的構(gòu)成均質(zhì)性。此類被提取出的更小的單晶體本體可以 具有對于用于閃爍應(yīng)用合適的尺寸，例如在正電子放射斷層攝影術(shù)中的像素。例如，所提取 出的更小的單晶體本體可以具有一個大致上矩形的形狀，該晶體所具有的垂直于長度所測 量的截面面積為不大于約10mm2。在其他實(shí)施方案中，可以提取出更小的單晶體本體，例如 具有不大于約8mm2、或甚至不大于約6mm2的截面面積的單晶體本體。不過，截面面積典型 地是不小于約2mm2。具體地，不像其他生長方法，由于生成態(tài)晶體在所有方向上的高構(gòu)成均質(zhì)性，所提取出的更小的單晶體能夠以這樣的一種方式被提取出，使得更小的晶體的長度 是基本上沿著最初生長方向延伸的一個尺寸。圖9包括具有一個本體部分901和一個頸部902的一種生成態(tài)ETO單晶體900的 圖示。單晶體本體901具有的尺寸為厚度“t”、寬度 ”以及長度“1”，其中厚度彡寬度彡 長度。在一個具體實(shí)施方案中，單晶體本體可以處于一個片的形式，該片具有一種大致上矩 形的形狀并且具有在此所描述的尺寸。該單晶體本體901可以包括一個第一端921和一個 第二端922，這兩端由等于單晶體本體901的長度“1”的一段距離分隔。這些尺寸中的每一 個可以與在此描述的其他大的生成態(tài)單晶體本體的尺寸相同。值得注意地，單晶體本體901包括這樣一種有目的地設(shè)計的非均勻的構(gòu)成 ，使得 沿單晶體本體長度“1”的構(gòu)成是有意地變化的?？傮w上，沿單晶體本體長度“1”的構(gòu)成可 以是變化的，這樣使得從單晶體本體901的第一端921到本體901的第二端922的構(gòu)成變 化了不小于約一種元素。這樣的一個過程可以通過一種連續(xù)進(jìn)料操作來促進(jìn)，其中在單晶 體本體901的形成過程中，坩堝內(nèi)熔融物的構(gòu)成是變化的，這樣使得至少一種新的元素、或 甚至一種完全不同的組合物可以被加入到坩堝中以形成一種沿長度“1”具有兩種不同的組 合物的非均勻的單晶體本體901。圖9進(jìn)一步包括從大的生成態(tài)稀土硅酸鹽單晶體本體901提出的一種稀土硅酸鹽 單晶體本體910的圖示。更小的單晶體本體910具有一個厚度“t”、一個寬度“W”和一個長 度“1”，其中厚度《寬度<長度?？傮w上，單晶體本體910具有更小的尺寸，這樣單晶體本體 910具有的垂直于長度“1”的截面面積(即厚度X寬度)為不大于約16mm2。在其他實(shí)施 方案中，截面面積可以是更小的，例如不大于約10mm2，例如不大于約8mm2，或甚至不大于約 6mm2。不過，截面面積典型地是不小于約2mm2。單晶體本體910可以包括一個第一端903和一個第二端905，其中第一端903和第 二端905大致上是由該晶體本體的長度“1”來分隔的。具體地，根據(jù)一個實(shí)施方案，更小的 單晶體本體910的長“1”與生成態(tài)單晶體本體901的長“1”相聯(lián)系，并且因此代表了最初 生長方向。在一個實(shí)施方案中，更小的單晶體本體910具有不小于約8mm的長度“1”。在另 一個實(shí)施方案中，單晶體本體910的長度“1”是不小于約15mm，例如不小于約20mm，不小于 約30mm，或甚至不小于約40mm。不過，所提取出的單晶體本體910的長總體上是不大于約 IOOmm0由于單晶體本體910是從更大的生成態(tài)單晶體本體901提取出的，單晶體本體910 在沿長度“ 1 ”的構(gòu)成上可以具有一種有意設(shè)計的變化。在一個實(shí)施方案中，在第二端905處 的組合物與在第一端903處的單晶體本體910的組合物相比相差不小于一種元素。例如， 在第一端903處的稀土硅酸鹽單晶體組合物可以包括一種單晶體硅酸鹽材料，例如硅酸镥 (LSO)、硅酸釔(YSO)、以及硅酸釓(GSO)，然而在第二端905處的單晶體本體910的組合物 可以包括一種具有至少一種不同元素的硅酸鹽材料。因此，單晶體本體910可以包括一種 有意設(shè)計的非均勻的構(gòu)成，例如LS0/LYS0(即LSO在第一端/LYSO在第二端)。元素上的差 別可以包括一種摻雜劑的加入。一些合適的摻雜劑可以包括例如釔或鈰、或它們的一個組 合。因此，在一個具體實(shí)施方案中，在第一端903處的組合物可以實(shí)質(zhì)上是LS0，并且在第二 端905處的組合物可以實(shí)質(zhì)上是LYS0，因此形成了具有一種LS0/LYS0構(gòu)成的一種非均勻單 晶體。
總體上，在這些使用一種摻雜劑的實(shí)施方案中，摻雜劑濃度是不大于約30mol%。 在其他實(shí)施方案中，摻雜劑濃度是更小的，例如不大于約15mol%，例如不大于約10mol%， 或甚至不大于約5mol %。在具有一種LS0/LYS0構(gòu)成的一種非均勻單晶體的具體情況下，在 第二端905處的摻雜劑是釔，并且它能夠以在大約5mol%與大約15mol %之間的范圍內(nèi)的
量存在。不過，某些其他實(shí)施方案可以具有有意地設(shè)計的其他摻雜劑濃度，例如能夠以具 體量存在的鈰。例如，晶體本體910的第一端903可以包括一種鈰活化的單晶體硅酸鹽材 料，并且晶體本體910的第二端905可以包括具有一種不同組合物的一種鈰活化的單晶體 硅酸鹽材料，在第二端905處的單晶體的組合物與在第一端903處的單晶體的組合物相差 至少一種元素。在鈰活化的硅酸鹽材料的情況下，硅酸鹽材料內(nèi)的鈰的濃度可以是特別低 的，例如不大于約5mol%。在其他鈰活化的硅酸鹽材料中，鈰濃度是不大于約2mol%，或不 大于約Imol %，或甚至不大于約0. Imol %。例如，在一個具體實(shí)施方案中，晶體本體910的 第一端903可以包括鈰活化的LSO (Ce LS0)，并且晶體本體910的第二端905可以包括鈰活 化的 LYSO (Ce LYS0)。此外，在鈰活化的硅酸鹽材料的情況下，從單晶體本體910的第一端903到單晶體 本體910的第二端905的鈰濃度差可以是這樣設(shè)計的使得存在的差別不小于約0. lmol%。 其他的實(shí)施方案可以具有更大的差別，例如不小于約0. 5mol %，例如不小于約Imol %，或 甚至不小于約2mol %?？傮w上，差別是不大于約2mol %。單晶體本體910展示了具有一種第一硅酸鹽組合物的一個頂部907以及具有一種 相差至少一種元素的不同的硅酸鹽組合物的一個底部909。雖然頂部907和底部909被展 示為在體積上基本相同，在其他實(shí)施方案中，具有不同組合物的單晶體內(nèi)的多個部分的體 積是可以控制的。例如，在一個實(shí)施方案中，頂部907具有的體積為不大于約底部909體 積的90%。在其他實(shí)施方案中，頂部具有的體積比底部909為不大于約75%、或不大于約 50%、或不大于約25%。將會理解的是，在體積上的這些差別是可以這樣逆轉(zhuǎn)的，使得底部 909具有頂部907體積的一個分?jǐn)?shù)。圖10包括根據(jù)一個實(shí)施方案的具有一個本體部分1001和一個頸部1003的一種生成態(tài)稀土硅酸鹽Ere單晶體1000的圖示。稀土硅酸鹽單晶體本體IOOi可以包括例如硅 酸镥(LSO)、硅酸釔(YSO)、硅酸釓(GSO)、以及硅酸鈧(SSO)、或它們的任意組合的硅酸鹽材 料。除了硅酸鹽材料外，稀土硅酸鹽單晶體本體1001還可以包括鐿(Yb)。根據(jù)一個實(shí)施方 案，該單晶體本體包括不大于約20mol%的Yb。在另一個實(shí)施方案中，該單晶體本體包括不 大于約15mol%的Yb，例如不大于約IOmol %的Yb，或甚至不大于約8mol%的Yb。典型地， 該單晶體本體包括不小于約0. lmol%的Yb。此類具有一個特殊濃度的Yb的晶體可以總體 上用于非閃爍體應(yīng)用，例如光學(xué)應(yīng)用，并且更具體的用于激光。單晶體本體部分1001包括厚度“t”、寬度“W”、以及長度“1”尺寸，其中厚度<寬 度<長度。這些尺寸中的每一個可以與在此描述的其他生成態(tài)單晶體本體的尺寸相同。此 夕卜，在一個具體實(shí)施方案中，單晶體本體形成為一個片，該片具有一種矩形截面的形狀并且 具有在此所描述的尺寸。值得注意地，此類大的稀土硅酸鹽單晶體的形成是通過使用在此 所述的特殊裝置和方法來促進(jìn)的。此外，更小的單晶體可以從單晶體本體部分1001來提取出。此類更小的單晶體同樣可以包括厚度“t”、寬度“w”、以及長度“1”尺寸，其中厚度彡寬度彡長度。這樣，在一個 實(shí)施方案中，更小的單晶體本體可以具有垂直于晶體長度的不小于約2mm2的截面面積。在 其他實(shí)施方案中，該截面面積是更大的，例如不小于約4mm2，或不小于約6mm2，或甚至不小 于約10mm2?？傮w上，更小的所提出的單晶體本體具有不大于約16mm2的截面面積。實(shí)例1形成了具有以下構(gòu)成LUfAnCeu-SiC^的一種稀土硅酸鹽單晶體，該單晶體具 有一種基本上矩形截面的外形，該外形具有的尺寸為5mmX 27mmX 203mm(厚度X寬度X 長度)。坩堝具有35mm的高度和80mm的直徑。成形通道具有5mm的厚度、27mm的寬度、 以及1.3mm的高度，在毛細(xì)管與成形通道的楔形側(cè)之間具有一個120°的角。毛細(xì)管具有 0. 5mm的厚度、27mm的寬度、以及40mm的高度。以下方法流程被用于形成這樣的一種晶體。a.將750g從通過一種Czochralski方法形成的一種LYS0晶體得到的LYS0原料 (摻雜了 Ce的LUl.8YQ.2Si05)冷裝入坩堝。b.將晶體生長腔室在20SCFH氬和0. 1SCFH氧下吹掃1小時。c.將功率打開至50kW供應(yīng)。d.以每分鐘0.05%的速率將功率斜坡調(diào)至一個2050°C的溫度設(shè)定點(diǎn)。e.將溫度(TJ手動調(diào)節(jié)直到觀察到熔化為止。f.將溫度從Tm手動調(diào)節(jié)至Tm+20°C。g.將一個晶種放低并且將該晶種在一個中點(diǎn)處接觸在?？趦?nèi)的熔融物表面。h.將溫度調(diào)節(jié)至一個引晶溫度(Ts)并且在晶種與熔融物表面之間形成一個1mm 高的液體膜。i.開始將晶體以5mm/hr從熔融物表面拉出。j.使晶體的頸生長5mm的高度并且關(guān)于一個均勻的截面和結(jié)晶質(zhì)量來觀察晶體。k.將溫度調(diào)節(jié)至擴(kuò)展溫度(Tsp)以允許晶體擴(kuò)展到成形通道的邊緣。1.將溫度調(diào)節(jié)以維持沿該膜長度的大約0. 3mm的平均液體膜高度，同時使晶體本 體以5mm/hr生長。m.使晶體本體生長到203mm的高度。n.將拉出速率增加至1000mm/hr以拉出不具有膜的晶體。o.通過將溫度常數(shù)保持4小時來使晶體退火。p.當(dāng)晶體高出?？?6mm時，開始以每分鐘0.05%的速率斜坡調(diào)低機(jī)器直到輸出功 率為0%為止。q.關(guān)上發(fā)電機(jī)并且在移開晶體之前允許機(jī)器冷卻5小時。實(shí)例2形成了具有以下構(gòu)成LUfAnCeu-SiC^的一種稀土硅酸鹽單晶體，該單晶體具 有一種基本上矩形截面的外形，該外形具有的尺寸為5mmX102mmX 381mm(厚度X寬度X 長度)。坩堝具有24mm的高度和116mm的直徑。成形通道具有5mm的厚度、102mm的寬度、 以及1.3mm的高度，在毛細(xì)管與成形通道的楔形側(cè)之間具有一個120°的角。毛細(xì)管具有 0. 5mm的厚度、102mm的寬度、以及24mm的高度。以下方法流程被用于形成這樣的一種晶體。a.將500g從通過一種Czochralski方法形成的一種LYS0晶體得到的LYS0原料 (摻雜了 Ce的LUl.8YQ.2Si05)冷裝入坩堝。
17
b.將晶體生長腔室在20SCFH氬和0. 1SCFH氧下吹掃1小時。c.將功率打開至50kW供應(yīng)。d.以每分鐘0.05%的速率將功率斜坡調(diào)至一個2050°C的溫度設(shè)定點(diǎn)。e.將溫度(TJ手動調(diào)節(jié)直到觀察到熔化為止。f.將溫度從Tm手動調(diào)節(jié)至Tm+20°C。g.將一個晶種放低并且將該晶種在一個中點(diǎn)處接觸在模口內(nèi)的熔融物表面。h.將溫度調(diào)節(jié)至一個引晶溫度(Ts)并且在晶種與熔融物表面之間形成一個1mm 高的液體膜。i.開始將晶體以5mm/hr從熔融物表面拉出。j.使晶體的頸生長5mm的高度并且關(guān)于一個均勻的截面和結(jié)晶質(zhì)量來觀察晶體。k.將溫度調(diào)節(jié)至擴(kuò)展溫度(Tsp)以允許晶體擴(kuò)展到成形通道的邊緣。1.向進(jìn)料系統(tǒng)供能以將相同的LYS0原料粉末以1. 6g/min的速率傳送至坩堝，并 且將溫度調(diào)節(jié)以維持沿生長晶體寬度的大約0. 3mm的平均液體膜高度。m.將溫度調(diào)節(jié)以維持沿該膜長度的大約0. 3mm的平均液體膜高度，同時使晶體本 體以5mm/hr生長。n.使晶體本體生長到304mm的高度。o.將拉出速率增加至1000mm/hr以拉出不具有膜的晶體。p.通過將溫度常數(shù)保持4小時來使晶體退火。q.當(dāng)晶體高出模口 6mm時，開始以每分鐘0. 05%的速率斜坡調(diào)低機(jī)器直到輸出功 率為0%為止。r.關(guān)上發(fā)電機(jī)并且在移開晶體之前允許機(jī)器冷卻10小時。雖然已經(jīng)通過ER；形成了稀土硅酸鹽單晶體(參見W02005/042812)，這些晶體在 構(gòu)成和大小上是受限制的，使得它們在商業(yè)應(yīng)用中的應(yīng)用是不太合適的。此外，本發(fā)明的發(fā) 明人已經(jīng)克服了形成商業(yè)上可行的稀土硅酸鹽的重大障礙。值得注意地，通過Ere形成此 類大的稀土硅酸鹽單晶體要求對方法和裝置的非預(yù)期改變，這些改變要不然會是違反直覺 的，例如生長腔室內(nèi)的某些特征的尺寸減小用于改進(jìn)的工藝穩(wěn)定性和單晶體的構(gòu)成控制。 例如，如在W0 2005/042812中所披露的，在從稀土硅酸鹽類的小的、實(shí)驗(yàn)室大小的ETO生長 的遷移中，發(fā)現(xiàn)毛細(xì)管厚度需要顯著減小，結(jié)合了受控制的坩堝深度(根據(jù)在此的實(shí)施方 案)。通過進(jìn)一步舉例，某些實(shí)施方案使用一個特殊的晶體質(zhì)量比熔融物質(zhì)量的質(zhì)量之比、 加工環(huán)境(例如一種受控制的氧分壓)、以及特殊的含氧化物的殼體材料。這些參數(shù)減小了 經(jīng)升華的不需要的材料損失以及構(gòu)成轉(zhuǎn)變。除了其他特征(例如連續(xù)供料)外，構(gòu)成轉(zhuǎn)變 的額外控制也促進(jìn)了大型高度均勻單晶體材料的形成，但是還促進(jìn)了沿晶體的長度具有不 同組合物的大型非均勻復(fù)合單晶體的形成。因此，在此提供的晶體、裝置、以及方法證明是不同于現(xiàn)有技術(shù)。在此的實(shí)施方案 結(jié)合了多種要素的一個組合，這些要素包括一種EFG方法以及一種ER；裝置，該裝置利用適 合用于熔化并且形成一種稀土硅酸鹽單晶體的特殊的組分、材料以及外觀設(shè)計。值得注意 地，Ere裝置包括一個坩堝和一個?？诎才?，該?？诎ㄒ粋€毛細(xì)管和成形通道(利用包括 材料、尺寸、以及外觀設(shè)計的多個特征的一種組合)。此外，由于使用Ere法具體種類在形成 過程中的偏析相對于Czochralski法是更容易控制的，EFG法的利用促進(jìn)了具有更均勻構(gòu)成的稀土硅酸鹽單晶體的形成。在根據(jù)在此的實(shí)施方案形成的單晶體稀土硅酸鹽的具體情 況下，此類晶體具有合適的構(gòu)成和質(zhì)量用于多種應(yīng)用(例如閃爍體)，并且所生產(chǎn)的此類晶 體具有改進(jìn)的可加工性以及有限的后生長機(jī)械加工和制備。將會理解的是，在此描述的晶體可以用于多種應(yīng)用。對于此類晶體的特別有用的 應(yīng)用總體上包括檢測應(yīng)用，范圍從工業(yè)場所到更為科學(xué)上的場所(例如科研和醫(yī)療領(lǐng)域)。 例如，一些檢測應(yīng)用包括特殊顆?；蜉椛?例如射線或正電子發(fā)射)的檢測。醫(yī)療行業(yè)內(nèi)的 特殊的檢測應(yīng)用可以包括斷層攝影術(shù)掃描系統(tǒng)(tomography scanner systems)(即CT掃 描)或放射性藥品應(yīng)用。一些設(shè)計的非均勻單晶體可以在檢測領(lǐng)域具有更特別的用途，例 如像在具有交互深度(cbpth of interaction) (D0I)能力的高分辨研究斷層攝影術(shù)(Hig h Resolution Research Tomography) (HRRT)中。不過，在此描述的一些單晶體材料更適合用 于非閃爍應(yīng)用。一種這樣的非閃爍應(yīng)用包括光學(xué)，并且更具體地是單晶體在激光應(yīng)用中的 用途。雖然已經(jīng)在具體實(shí)施方案的背景中展示并說明了本發(fā)明，它并非旨在限制所示出 的細(xì)節(jié)，因?yàn)闊o需以任何方式背離本發(fā)明的范圍即可以進(jìn)行不同的變更和代換。例如，可以 提供附加的或等效的替代物并且可以使用附加的或等效的生產(chǎn)步驟。這樣，本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員使用不超出常規(guī)的實(shí)驗(yàn)就可以想出對于在此披露的本發(fā)明的進(jìn)一步的變更以及 等效物，并且應(yīng)當(dāng)認(rèn)為所有此類的變更和等效物都是在由以下權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種晶體，包括一種限邊送膜生長(EFG)的閃爍體單晶體，該閃爍體單晶體具有一個本體，該本體具有一個厚度、一個寬度、和一個長度，其中厚度＜寬度＜長度，該本體具有的垂直于該長度的截面面積為不小于約16mm2。
2.如權(quán)利要求1所述的晶體，其中該本體的截面面積為不小于約25mm2。
3.如權(quán)利要求1或2所述的晶體，其中該單晶體本體的寬度為不小于約4mm。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的晶體，其中該單晶體包括一種稀土硅酸鹽。
5.如權(quán)利要求4所述的晶體，其中該稀土硅酸鹽包括選自下組元素的至少一種元素， 該組的構(gòu)成為Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、以及 Lu。
6.如權(quán)利要求5所述的晶體，其中該稀土硅酸鹽具有以下通式LU2_(a+b+。)YaCebGd。Si05， 其中0彡a彡2，0彡b彡0. 2，并且0彡c彡2。
7.一種形成單晶體的方法，包括在一個?？诘囊粋€毛細(xì)管和一個成形通道內(nèi)提供一種熔融物，該模口配置在包含該熔 融物的一個坩堝內(nèi)，該熔融物在該坩堝內(nèi)限定了一個熔融物表面；并且從該?？诘某尚瓮ǖ乐凶栽撊廴谖镏欣鲆粋€閃爍體單晶體，該單晶體具有一個本 體，該本體具有一個厚度、一個寬度、和一個長度，其中厚度<寬度<長度，該本體具有的垂 直于該長度的截面面積為不小于約16mm2。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括在拉出該單晶體之前在該毛細(xì)管內(nèi)開始一個 毛細(xì)上升，其中該毛細(xì)上升具有的高度比在該坩堝內(nèi)的熔融物表面高出不小于約5mm。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其中該毛細(xì)管具有一個厚度、一個寬度、和一個高度， 其中厚度<寬度<高度，其中該毛細(xì)管高度為不大于約50mm，并且該毛細(xì)管的厚度為不大 于約2mm。
10.如權(quán)利要求7、8或9所述的方法，其中該閃爍體單晶體的拉出包括使一個晶種接觸 在該成形通道內(nèi)熔融物的一個表面。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該閃爍體單晶體的拉出包括在將該晶種接觸該 熔融物表面之后將熔融溫度(TJ變成一個引晶溫度(Ts)以便在該熔融物之上并且在該晶 種之下形成一個液體膜。
12.如權(quán)利要求7、8、9或10所述的方法，其中在拉出過程中該晶種不旋轉(zhuǎn)。
13.一種閃爍體單晶體，包括一種稀土硅酸鹽閃爍體單晶體，該閃爍體單晶體包括一個本體，該本體具有一個厚度、 一個寬度、和一個長度，其中厚度<寬度<長度，該本體具有一個第一端和一個第二端，該 第二端與該第一端以該本體的長度相分隔，其中該第一端包括一種第一組合物，并且該第 二端包括一種第二組合物，該第二組合物與該第一組合物相差不少于一種元素。
14.如權(quán)利要求13所述的閃爍體單晶體，其中該第一組合物包括選自下組硅酸鹽的一 種硅酸鹽材料，該組的構(gòu)成為硅酸镥(LS0)、硅酸釔(YS0)、以及硅酸 釓(GS0)。
15.如權(quán)利要求13或14所述的閃爍體單晶體，其中該第二組合物包括一種摻雜的硅酸 鹽材料，其中的摻雜劑可以包括Y或Ce、或它們的一個組合。
全文摘要
在此提供了一種閃爍體晶體以及用于生長閃爍體晶體的一種方法，該晶體包括一種生成態(tài)的限邊送膜生長(EFG)的單晶體。該生成態(tài)EFG單晶體具有一個本體，該本體具有厚度、寬度、和長度使得厚度＜寬度＜長度，并且該本體具有的垂直于該長度的截面積為不小于約16mm2。
文檔編號C30B29/34GK101835927SQ200880112517
公開日2010年9月15日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月23日
發(fā)明者C·D·瓊斯, D·鮑威爾斯, J·W·羅契, S·A·扎內(nèi)拉, V·塔塔特切科 申請人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司