CN103060888B - 一种晶体作三维运动的溶液中生长晶体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于晶体生长技术领域,涉及一种晶体作三维运动的溶液中生长晶体的方法,根据溶解度公式,配制一定温度的饱和溶液;过滤后,在饱和温度以上20℃过热得生长溶液;将籽晶用胶固定在掣晶杆顶端;胶固化后将其引入到育晶器中,籽晶经微溶和再生过程后进入晶体生长阶段;生长期间,晶体靠掣晶杆带动按如下方式周期性地作三维运动:由左向右,由下向上,由外往里,由右向左,由上向下,由里往外。本发明中,由于晶体每一个晶面在生长过程中反复地轮流地作为迎面、侧面和背面的相对溶液的运动,因此消除了现有方法中包裹物等缺陷易形成的区域,能保持晶体表面大而且较为均匀的过饱和度,是一种快速的全方位的高质量溶液中生长晶体的方法。
Description
技术领域
本发明属于晶体生长技术领域,涉及一种晶体作三维运动的溶液中生长晶体的方法,适用于水溶性晶体的快速高质量全方位的生长。
背景技术
溶液中生长晶体的方法有降温法、循环流动法和蒸发法等。在这些方法中,人们通过让晶体对溶液作相对运动来减薄溶质边界层,以提高晶体生长速度。常用的是转晶法,即晶体在溶液中自转或公转,在循环流动法中,晶体转动的同时,溶液还由育晶器的下部流入,上部流出。转晶法无疑有利于晶体生长速度的提高。
然而,上述转晶法利用对流对溶质输运的有利作用,使晶体生长速度得以提高的同时,也存在着如下严重不足:晶面上存在着易形成包裹物的三种区域:迎着液流的滞止区、背向液流的对流涡胞区和侧壁对流边界层下游区。这些区域的存在,大大影响了晶体的质量,使晶体生长速度和晶体质量未能兼顾。
发明内容
针对现有生长方法存在的上述不足之处,本发明提供了一种快速的高质量的溶液中生长晶体的方法。该方法能更充分地利用对流增加溶质输运的优势,同时又较好地避免了上述对流的不利影响。
本发明提供的一种晶体作三维运动的溶液中生长晶体的方法,该方法包括溶液配制、溶液过滤、溶液过热、籽晶固定、晶体三维运动生长五个工艺步骤,具体步骤如下:
1)溶液配制:根据溶解度公式,计算配制V升温度为t摄氏度的饱和溶液所需原料量,称取该量的优级纯原料,加入到量取的V升二次蒸馏水中,配制得到该温度下的饱和溶液;
2)溶液过滤:先后用滤纸和微孔滤膜过滤溶液,得纯清溶液;
3)溶液过热:对纯清溶液在饱和温度以上20摄氏度恒温过热24小时以上,制得生长溶液;
4)籽晶固定:用胶将籽晶粘贴到掣晶杆顶端;
5)晶体三维运动生长:将装好生长溶液的育晶器置于恒温水浴中,恒定于过热温度;将籽晶和掣晶杆缓慢加热到过热温度,然后引入到育晶器中,密封,保持溶液于过热温度一定时间,使籽晶微溶以消除表面微晶;然后按设定程序降温与控温,完成籽晶的再生过程;之后按生长期间的降温程序降温,使生长过程中溶液过饱和度维持恒定;晶体生长期间,靠掣晶杆带动按如下方式周期性地作三维运动:由左向右,由下向上,由外往里,由右向左,由上向下,由里往外;周期性三维运动的晶体只平动无转动;掣晶杆带动晶体在溶液中运动的速度、距离和方向均可调节。
与现有技术相比,本发明的一种晶体作三维运动的溶液中生长晶体的方法,具有以下优点:
1、相对于溶液的运动,晶体每一个面在一个周期内都分别经历了作为迎面、侧面和背面的相对运动,从而避免了现有方法中有些晶面始终只作为某一种面的运动。该运动方式消除了上述包裹物易形成的三种区域,能保持晶体表面大而且较为均匀的过饱和度,使晶体生长速度和晶体质量得以兼顾。
2、晶体能实现全方位生长。
附图说明
图1 为本发明使用的晶体生长装置示意图。
图2 为本发明涉及的晶体作三维运动轨迹图。
图3 为本发明涉及的籽晶粘贴和生长晶体切割使用原理图。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例:
本实施例以KDP晶体生长为例,包括溶液配制、溶液过滤、溶液过热、籽晶固定、晶体三维运动生长五个工艺步骤,具体步骤是:
1)溶液配制:根据溶解度公式S t=13.76+0.359t+0.0041t 2 (式中S t的单位为gKDP/100mL水,t的单位为℃)计算,配制55℃下的10 L饱和溶液所需原料为4.59kg,称取该量的优级纯原料,加入到量取的10 L二次蒸馏水中,配制获得10 L的饱和溶液;
2)溶液过滤:先后用孔径为0.45μm的滤纸和0.22μm的滤膜过滤溶液,得纯清液;
3)溶液过热:将纯清液在饱和温度以上20℃,即在75℃恒温过热24小时,得生长溶液;
4)籽晶固定:用环氧胶将籽晶3的一个锥面水平粘贴到掣晶杆5顶端;
5)晶体三维运动生长:将装好生长溶液的育晶器4置于恒温水浴1中,用托盘2托住,使育晶器4处在恒温水浴1的中间,水浴温度维持过热温度75℃;将粘好籽晶3的掣晶杆5缓慢加热到过热温度,然后引入到育晶器4中,用薄膜6密封,溶液温度保持在75℃约10-15分钟,使籽晶3微溶以消除表面微晶;然后按设定程序降温与控温,1-2h内完成籽晶3的再生过程;之后按生长期间的降温程序降温,使生长过程中溶液过饱和度维持恒定;晶体生长期间,晶体9靠掣晶杆5带动按如下方式周期性地作三维运动:由左向右(A-B),由下向上(B-C),由外往里(C-D),由右向左(D-E),由上向下(E-F),由里往外(F-A)。周期性三维运动的晶体只平动无转动。掣晶杆5由三维运动机构7带动,控制器8可调节和控制掣晶杆5的运动速度、距离和方向。
由于前期籽晶3的一个锥面水平粘贴到掣晶杆5顶端,掣晶杆5方向与倍频方向的匹配角相近,生长的晶体9可沿掣晶杆5方向切割得到晶片10,使晶体利用率提高。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,本领域的普通技术人员应该理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种KDP晶体作三维运动的溶液中生长晶体的方法,其特征在于,该方法包括溶液配制、溶液过滤、溶液过热、籽晶固定、晶体三维运动生长五个工艺步骤,具体步骤如下:
1)溶液配制:根据溶解度公式,计算配制V升温度为t摄氏度的饱和溶液所需原料量,称取该量的优级纯原料,加入到量取的V升二次蒸馏水中,配制得到该温度下的饱和溶液;
2)溶液过滤:先后用滤纸和微孔滤膜过滤溶液,得纯清溶液;
3)溶液过热:将纯清溶液在饱和温度以上20摄氏度恒温过热24小时以上,制得生长溶液;
4)籽晶固定:用胶将籽晶粘贴到掣晶杆顶端;
5)晶体三维运动生长:将装好生长溶液的育晶器置于恒温水浴中,恒定于过热温度;将籽晶和掣晶杆缓慢加热到过热温度,然后引入到育晶器中,密封,保持溶液于过热温度一定时间,使籽晶微溶以消除表面微晶;然后按设定程序降温与控温,完成籽晶的再生过程;之后按生长期间的降温程序降温,使生长过程中溶液过饱和度维持恒定;晶体生长期间,靠掣晶杆带动按如下方式周期性地作三维运动:由左向右,由下向上,由外往里,由右向左,由上向下,由里往外;周期性三维运动的晶体只平动无转动;掣晶杆带动晶体在溶液中运动的速度、距离和方向均可调节。
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