CN115261968B - 晶体生长装置及方法、kdp类晶体 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种晶体生长装置和方法、KDP类晶体，晶体生长装置包括保温箱、第一水槽、第二水槽、生长室；保温箱限定出容纳腔；第一水槽、第二水槽和生长室设置在容纳腔中，第一水槽全部或部分包围在生长室的侧面；第二水槽设置在生长室的底部；第一水槽和第二水槽设置有进水口和出水口；生长室的上端面或生长室和第一水槽的上端面设置保温盖。本发明通过对双水槽的控温方式，使得整体温度控制的更加平稳，降低晶体过程中缺陷产生，提高了晶体质量。

Description

晶体生长装置及方法、KDP类晶体

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，尤其涉及一种晶体生长装置及方法、KDP类晶体。

背景技术

KDP类晶体作为开关、二倍频原件和三倍频原件存在广泛应用。现有KDP类晶体的生长主要采用传统的慢速生长法，主要采用籽晶在饱和溶液中沿着晶向生长，由于整个过程缓慢且容易出现局部温度失衡，造成晶体生长缓慢且容易出现杂晶（单晶中的严重缺陷区域形成新的形核长晶点，由此缺陷处会长出的新的小晶体）出现，影响单一晶体的快速生长，不利于生产效率提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶体生长装置，通过晶体定向生长，以及多元化的温度控制，在定向籽晶生长区域采取降温的方法，不仅能加快籽晶的定向生长，且能有效保证晶体质量。

本发明的第一方面提供一种晶体生长装置，包括：保温箱、第一水槽、第二水槽、生长室；所述保温箱限定出容纳腔；所述第一水槽、所述第二水槽和所述生长室设置在所述容纳腔中，所述第一水槽全部或部分包围在所述生长室的侧面；所述第二水槽设置在所述生长室的底部；所述第一水槽和所述第二水槽设置有进水口和出水口；所述生长室的上端面或所述生长室和所述第一水槽的上端面设置保温盖。

在一个可实施的方式中，所述第一水槽为由相对平行设置的外壁和内壁限定出的供水进出的环形腔体；所述第二水槽为由侧壁，上壁和下壁限定出的供水进出的腔体；所述第一水槽的侧壁与所述第二水槽的上壁限定出全部或部分所述生长室。

在一个可实施的方式中，所述生长室的上端面的横截面积大于下端面的横截面积。

在一个可实施的方式中，所述第一水槽包含至少一处进出水和一处出水口。

优选地，所述第一水槽包含两处进水口和两处出水口，其中，第一进水口设置在第一出水口的下方，第二进水口和第二出水口设置在所述第一水槽的上端面的两侧。

在一个可实施的方式中，所述第二水槽包含第三进水口和第三出水口，所述第三进水口和所述第三出水口设置在所述第二水槽的两侧。

本发明中第一方面通过对双水槽的控温方式，使得整体温度控制的更加平稳，降低晶体过程中缺陷产生，提高了晶体质量。另一方面通过对自己的定向生长面采取合适的降温梯度，且增加过冷度，使得溶质更富集与籽晶表面处，加快定向籽晶生长，同时有效保证晶体质量。

本发明的第二方面提供一种晶体生长方法，采用如本发明的第一方面提供的晶体生长装置，所述晶体生长方法的步骤包括：

将原料放入所述生长室中，设置所述第一水槽的进水口和所述第二水槽的进水口的温度为T1；所述T1为70~90℃；

待原料溶解完毕后，将所述第一水槽的进水口和所述第二水槽的进水口的温度T1按照多步降温法降低至T2，降温速率的范围为ΔT1，保持时间t1；所述T2为50~80℃；所述ΔT1为0.5~5℃/h；所述t1为0.5~3h；

将籽晶放入生长室，放置在所述生长室的底内壁上上；保持时间t2；所述t2为0.5~2h；

保持所述第一水槽的进水口的温度不变，将所述第二水槽的进水口的温度按照ΔT2的降温速率降温至T22；保持时间t3；所述T2和所述T22差值为0.1~0.5℃；所述t3为0.5~2h；所述ΔT2为0.01~0.1℃/h；

温度保持结束后，将所述第一水槽的进水口的温度和第二水槽的进水口的温度按照ΔT3的降温速率降温；所述ΔT3为0.01~0.1℃/h；

将所述第一水槽的进水口的温度降温至T3，所述第二水槽的进水口的温度降温至T33，所述T3和所述T33差值为0.1~0.5℃；所述T3和所述T33为10~40℃。

在一个可实施的方式中，待原料溶解完毕后，待原料溶解完毕后，将所述第一水槽的进水口和第二水槽的进水口的温度T1按照递减式降温速率进行降温至所述T2。

在一个可实施的方式中，所述进水口的温度T1按照n步阶梯式递减式降温速率进行降温至所述T2， n>1，i为第一步与第n步之间的步骤，1<i≤n；第一步的降温速率为ΔT1₁,第i步的降温速率为ΔT1_i，所述ΔT1_i<ΔT1₁。

在一个可实施的方式中，所述籽晶为片状结构，所述籽晶的长度为30-80mm；所述籽晶的宽度为30-80mm；所述籽晶的厚度为0.1-1mm，和/或，所述籽晶的晶向为（001）。

本发明第二方面所涉及的晶体生长方法的效果与本发明第一方面相同，在此就不再赘述。

本发明的第三方面提供了一种KDP类晶体，采用如本发明的第二方面提供的晶体生长方法制备得到。

本发明的第三方面提供的KDP类的晶体生长平稳且不会出现杂晶，晶体质量高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出本发明的一种晶体生长装置的一个实施例的剖面正面示意图；

图2示出图1的俯视剖面示意图；

图3为本发明的一种晶体生长方法的原理示意图。

图4为本发明的一种晶体生长方法的流程示意图。

附图标记；

1-保温箱；2-第一水槽；201-第一进水口；202-第一出水口；203-第二进水口；204-第二出水口；3-保温盖；4-第二水槽；401-第三进水口；402-第三出水口；5-生长室；6-籽晶。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明第一方面公开了一种晶体生长装置，可以使得晶体生长的整体温度更加平稳，且生产效率更高。

如图1-2所示，晶体生长装置包括保温箱1；保温箱1限定有容纳腔；具体地保温箱1可以为柱形箱体，箱体内有容纳空间，包括圆柱形箱体、方形箱体等，本发明对保温箱的具体形状不作具体限定；

保温箱1内设置有第一水槽2、第二水槽4、生长室5，第一水槽2设置在生长室5的侧部，全部包围或者部分包围住生长室5，第二水槽4设置在生长室5的底部，包围住生长室5的底部；在一个具体的实施例中，第一水槽2、第二水槽4和生长室5可以采用一体成型制备得到，例如如图1-2所示，第一水槽2和内壁和生长室5的侧壁为同一壁；生长室5的底壁与第二水槽4的上壁为同一壁；在另一个具体的实施例中，第一水槽2、第二水槽4和生长室5可以采用组合式装配制备得到，例如可以采用具有单独侧壁和底壁的生长室5，将生长室5放入第一水槽2里，放置在第二水槽4的上壁上，第一水槽2的内壁与生长室5的侧壁适应性配合；生长室5的底壁与第二水槽4的上壁适应性配合；其具体制备方式本发明不作具体的限定；

在一个可实施的方式中，当第一水槽2、第二水槽和生长室5采用一体成型制备得到，第一水槽2为由相对平行设置的外壁和内壁限定出的供水进出的环形腔体，例如可以是圆形、类圆形或者多边形环形腔体；第二水槽4为由侧壁，上壁和下壁限定出的圆柱形、类圆柱形或多边形腔体；第一水槽2的侧壁与第二水槽4的上壁限定出生长室5。在一个具体的实施例中，如图1-2所示，第一水槽2为圆环形梯形水槽，由相对平行设置的侧外壁、侧内壁限定出供水进出的腔体，第一水槽2的下端面封闭；第二水槽4为圆柱形梯形腔体，由上壁，侧壁和底壁限定出供水进水的腔体，生长室5由第一水槽2的内壁和第二水槽4的上壁限定得到。在另一个具体的实施例中，第一水槽2、第二水槽和生长室5采用组合式装配制备得到，第一水槽2为由相对平行设置的外壁和内壁限定出的供水进出的环形腔体，第二水槽4为由侧壁，上壁和下壁限定出的圆柱形、类圆柱形或多边形腔体；生长室5放入第一水槽2里，放置在第二水槽4的上壁上，第一水槽2的内壁与生长室5的侧壁适应性配合；生长室5的底壁与第二水槽4的上壁适应性配合；第一水槽2的内壁与生长室5的侧壁的高度可以一样，也可以不一样，生长室5的底壁的面积略小于第二水槽4的上壁的面积。由此第一水槽2的侧壁与第二水槽4的上壁限定出全部或部分的生长室5。

由此，第一水槽2和第二水槽4形成双水槽控温模式，不仅可以使得生长室的整体温度控制的更加平稳；且生长室5的侧部的温度主要由第一水槽2控制，生长室5的底部的温度主要由第二水槽4控制，后续将籽晶6设置在第一水槽2生长室5里，籽晶6受到第一水槽2和第二水槽4的温度的影响，第一水槽2和第二水槽4的温度差在籽晶6处产生过冷度，使得溶质富集在籽晶6表面处。

保温盖3设置在生长室5和/或第一水槽2的上端面；例如，当生长室5的侧面完全被第一水槽2包围，则生长室5的上端面会等于或略低于第一水槽2的上端面，此时，保温盖3要覆盖住第一水槽2和生长室5的上端面，使得生长室5的温度不被外部环境温度影响；当生长室5的侧面被第一水槽2部分包围，也就是生长室5的上端面高于第一水槽2的上端面时，此时，保温盖覆盖住生长室5的上端面，第一水槽2的上端面封闭；由此，实现生长室5内的温度主要由第一水槽2和第二水槽4控制，不受其他温度的影响。

在一个可实施的方式中，生长室5的上端面的横截面积大于下端面的横截面积，在一个具体的实施例中，如图1和2所示，生长室5分为上下两段，上段为圆柱环形腔体，下段为上宽下窄的圆锥形环形腔体；则由此使得生长室5的上部空间更大，下部空间更小，从而使得下部的温度更集中；使得设置在生长室5的底内壁上的籽晶6的温度更易被第二水槽4影响，使得溶质更加容易富集在籽晶6处，加快定向籽晶6生长。

第一水槽2设置有进水口和出水口；其中，第一水槽2包含至少一处进出水和一处出水口；例如可以是一处、两处或者三处；在一个具体的实施例中，如图1-2所示，第一水槽2包含两处进水口和两处出水口，第一水槽2的腔体属于环形结构，水的流通需要一定的时间，若只设置一处进水口，可能会造成温度集中，从而影响温度的均匀性；通过多处进水口的设置，使得温度不会集中在某处，从而使得进出水的温度在槽里的流通更加均匀，使得生长室5的温度更加均匀平稳。

具体地，第一水槽2包括第一进水口201、第一出水口202、第二进水口203和第二出水口204，第一进水口201设置在第一出水口202的下方，第二进水口203和第二出水口204设置在上端面的两侧，由此第一水槽2的上下部分皆有进水口，从而使得水槽内的温度更加均匀；优选地，第一进水口201和第一出水口202在第一水槽2的水平投影方向上错位设置，第二进水口203和第二出水口204在第一水槽2的周向均匀间隔分布，第一进水口201和第二进水口203在第一水槽2的水平投影方向上错位设置，由此可以使得水的流通需要更远的距离，由此使得第一水槽内的温度更加均匀。

第二水槽4设置有进水口和出水口；在一个具体的实施例中，如图1-2所示，第二水槽4包含第三进水口401和第三出水口402，第三进水口401和第三出水口402设置在第二水槽4的水平投影方向上错位设置，可以增加水的流通距离，使得第二水槽2内的温度更加均匀；由于第二水槽4中水的流通时间更短，因此不需要设置多处进出水口，减少加工成本。

籽晶6设置在生长室5内，优选放置在生长室5的底内壁上，从而使得籽晶6的底部处更容易感知第一水槽2和第二水槽4内的水的温度的变化，通过对第一水槽2和第二水槽4的水的温度差的控制，可以控制籽晶6处的过冷度，使得溶质富集在籽晶6表面处。

本发明中第一方面通过对双水槽的控温方式，使得整体温度控制的更加平稳，降低晶体过程中缺陷产生，提高了晶体质量。另一方面通过对自己的定向生长面采取合适的降温梯度，且增加过冷度，使得溶质更富集与籽晶6表面处，加快定向籽晶6生长，同时有效保证晶体质量。

本发明第二方面公开了一种晶体生长方法，如图4所示，采用如本发明第一方面公开的一种晶体生长装置，晶体生长方法的步骤包括：

将原料放入所述生长室5中，设置所述第一水槽2的进水口(201，203)和所述第二水槽4的进水口401的温度为T1；所述T1为70~90℃；

该步骤中，将晶体生长的原料，KDP晶体主要是利用高纯水和TMCM-CdCl3（三甲基氯甲基铵镉酸盐）的饱和溶液进行生长，将第一水槽2的进水口(201，203)和第二水槽4的进水口401的温度控制在70~90℃，例如可以是70℃、75℃、80℃、85℃或90℃。

待原料溶解完毕后，将所述第一水槽2的进水口(201，203)和所述第二水槽4的进水口401的温度T1按照多步降温法降低至T2，降温速率的范围为ΔT1，保持时间t1；所述T2为50~80℃；所述ΔT1为0.5~5℃/h；所述t1为0.5~3h；

该步骤中，随着原料在高纯水中溶解形成饱和溶液，此时将第一水槽2的进水口(201，203)和第二水槽4的进水口401的温度降低，进行溶质的析出，温度降低至50~80℃，对生长室5的温度进行保温，使得温度更加平稳，保温的时间为0.5~2h，例如可以是0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h、1.5h、2h、2.5h或3h；降温速率为0.5~5℃/h。

其中，待原料溶解完毕后，将所述第一水槽2的进水口(201，203)和第二水槽4的进水口401的温度T1按照递减式降温速率进行降温至所述T2，例如可是渐变式递减或阶梯式递减。

具体地，所述进水口的温度T1按照n步阶梯式递减式降温速率进行降温至所述T2，n>1，i为第一步与第n步之间的步骤，1<i≤n；第一步的降温速率为ΔT1₁,第i步的降温速率为ΔT1_i，所述ΔT1_i<ΔT1₁。

在一个具体的实施例中，n=2，ΔT1₁为1~5℃/h，ΔT1₂为0.5~1℃/h；通过将温度速率逐渐降低，使得温度更加平稳。

在一个具体的实施例中，n=3，ΔT1₁为3~5℃/h，ΔT1₂为1~3℃/h，ΔT1₃为0.5~1℃/h；通过将温度速率逐渐降低，使得温度更加平稳。

溶液法生长晶体时，溶液的过饱和温度点（籽晶开始生长的零界温度）的窗口比较窄，大概波动在0.1-0.2℃左右，当采用一步直接降温至过饱和温度点数时，速度过快，一是造成内外温差大，二是造成温度陡降，使得晶体开始提前快速生长。采用多步降温的降温方式，且降温速率ΔT1_i<ΔT1₁，使得温度能平稳准确的降至溶液的过饱和温度点，消除溶液内部区域的温度不均，使得后续籽晶的生长更加稳定平稳。

将籽晶放入生长室5，放置在所述生长室5的底内壁上；保持时间t2；所述t2为0.5~2h；

该步骤中，随着生长室5的饱和溶液形成且温度平稳，将籽晶6放入生长室5中，放置在所述生长室5的底内壁上；由于籽晶6的放入可能会导致溶液中的温度失衡，对此将溶液保持0.5~2h；使得温度平稳。

其中，籽晶6为片状结构，籽晶6的长度为30-80mm；例如是30mm、35 mm、40 mm、45mm、50 mm、55 mm、60 mm、65 mm、70 mm、75 mm或80 mm；籽晶6的宽度为为30-80mm；例如是30mm、35 mm、40 mm、45 mm、50 mm、55 mm、60 mm、65 mm、70 mm、75 mm或80 mm；籽晶6的厚度为0.1-1mm，例如是0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm、0.6 mm、0.7 mm、0.8 mm、0.9mm或1 mm。

其中，籽晶6的晶向为（001）。该晶向为KDP晶体的优势生长面，相较其他晶向，其生长快且不易出现位错缺陷.

保持所述第一水槽2的进水口(201，203)的温度不变，将所述第二水槽4的进水口401的温度按照ΔT2的降温速率降温至T22；保持时间t3；所述T2和所述T22差值为0.1~0.5℃；所述t3为0.5~2h；所述ΔT2为0.01~0.1℃/h；

该步骤中，随着籽晶6在生长室5内的温度平稳下来，生长室5内的温度也逐渐平稳，此时保持第一水槽2的进水口(201，203)的温度不变，将第二水槽4的温度降低0.1~0.5℃；例如可以是0.1℃、0.1℃、0.2℃、0.3℃、0.4℃和0.5℃，降温速率为0.01~0.1℃/h；例如可以是0.05℃/h、0.06℃/h、0.07℃/h、0.08℃/h、0.09℃/h和0.1℃/h，并保持0.5~2h；由于第一水槽2和第二水槽4内的温度有一定的差异，而籽晶6的温度受到第一水槽2和第二水槽4的温度的影响，当第一水槽2和第二水槽4存在温度差时，在籽晶6的周围会产生一定的过冷度，有利于晶体的生长。

因为晶核的生长速度和晶体的生长速度对温度的依赖性不同，晶核生长速度在低温快，高温会破坏形成的有序晶核（尤其是在均相成核中），而高温体系粘度小，链段运动快，向晶核扩散快，容易规整堆积，有利于晶体生长。籽晶6生长表面区域采取合适的降温设定，增大过冷度△T ，使得溶质更富集与籽晶6表面处，加快籽晶6生长，同时有效保证晶体质量。

如图3左图所示，采用单水槽的控温模式，水槽的进水口温度通过辐射传导到生长室内，在生长室内，由于生长室内的温度是相对恒定的，使得籽晶6按照朝着各种方向无序生长，生长的晶体的质量不高，且生长缓慢；如图3右图所示，采用双水槽的控温模式，且籽晶6放置在生长室5的底壁上，由此籽晶6的横向方向主要受到第一水槽2的温度控制，籽晶6的纵向方向主要受到第二水槽4 的温度控制，通过控制第一水槽2和第二水槽的温度差，使得籽晶6主要在纵向方形上形成过冷度，

籽晶6朝着纵向方向定向生长，温度差的设置不仅增加了籽晶6处的过冷度，使得溶质富集在籽晶6处，增加了生长速率，且使得籽晶6按照既定的方向有序定向生长，保证了晶体的质量。

温度保持结束后，将所述第一水槽2的进水口(201，203)的温度和第二水槽4的进水口401的温度按照ΔT3的降温速率降温；所述ΔT3为0.01~0.1℃/h；

该步骤中，第一水槽2和第二水槽4的温度平稳后，开始进行晶体的生长，随着生长室5内的温度的降低，溶质析出；第一水槽2和第二水槽4的温度差，使得籽晶6周围产生过冷度，进一步使得籽晶6朝着既定的方向有序定向生长；第一水槽2和第二水槽4的降温速率ΔT3为0.01~0.1℃/h；0.01~0.1℃/h；例如可以是0.01℃/h、0.02℃/h、0.03℃/h、0.04℃/h、0.05℃/h、0.06℃/h、0.07℃/h、0.08℃/h、0.09℃/h和0.01℃/h，

ΔT3的降温速率的降温速率不宜过大也不宜过小，若降温速率过大，则溶液易自发结晶形成杂晶生长，不在籽晶6既定方向生长；若降温速率过小，则可能导致晶体生长过冷度小，晶体生长速率慢。

将所述第一水槽2的进水口(201，203)的温度降温至T3，所述第二水槽4的进水口401的温度降温至T33，所述T3和所述T33差值为0.1~0.5℃；所述T3和所述T33为10~40℃。

该步骤中，由于第一水槽2的进水口(201，203)和第二水槽4的进水口401的降温速率相等，且在上个步骤中，第一水槽2的进水口(201，203)的温度与第二水槽4的进水口401的温度存在0.1~0.5℃的差值，因此在相同时间和相同的降温速率下，其最终温度依旧存在0.1~0.5℃的差异，而当温度降低至10~40℃后，晶体生长过程完毕。

本发明第三方面公开了一种KDP类晶体，使用的如上述第二方面公开的一种晶体生长方法制备得到。

本发明的第三方面提供的KDP类晶体的晶体生长平稳且不会出现杂晶，晶体质量高。

下面以两个具体的实施例详细描述根据本发明第一方面公开的一种晶体生长装置和本发明第二方面公开的一种晶体生长方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。

实施例一

采用如图1所示的晶体生长装置；

（1）将1L高纯水，401g的TMCM-CdCl₃原料放入生长室内，将第一水槽2的进水口和第二水槽的进水口的温度设定为80℃，0.5h后完成溶质溶解；

（2）溶解完成后，将第一水槽的进水口和第二水槽的进水口的温度先按照5℃/h降温至70℃，再按照0.5℃/h降温至67.5℃，此时溶液达到饱和状态，保持2h；

（3）将晶向（001）的50mm×50mm×2mm的片状籽晶放置在生长室，放置在生长室5的底内壁上；并保持时间1h；

（4）保持第一水槽的进水口的温度67.5℃不变，将第二水槽的进水口的温度按照0.05℃/h的降温速率降温至67.3℃；并保持时间1h；

（5）温度保持结束后，将第一水槽的进水口和第二水槽的进水口的温度按照0.02℃/h的降温速率降温；

（6）将第一水槽2的进水口的温度降温至30℃，第二水槽的进水口的温度降温至29.8℃，完成整个TMCM-CdCl₃晶体生长过程。

其中籽晶上生长的晶体重量为241g，生长室底部无其他杂晶。

实施例二

采用如图1所示的晶体生长装置；

（1）将1L高纯水，308g的TMCM-CdCl3原料放入生长室内，将第一水槽2的进水口和第二水槽的进水口的温度设定为70℃，0.5h后完成溶质溶解；

（2）溶解完成后，将第一水槽的进水口和第二水槽的进水口的温度先按照5℃/h降温至60℃，再按照0.5℃/h降温至58.5℃，此时溶液达到饱和状态，保持2h；

（3）将晶向（001）的50mm×50mm×2mm的片状籽晶放置在生长室，放置生长室的底内壁上；并保持时间1h；

（4）保持第一水槽的进水口的温度58.5℃不变，将第二水槽的进水口的温度按照0.05℃/h的降温速率降温至58.2℃；并保持时间1h；

（5）温度保持结束后，将第一水槽的进水口和第二水槽的进水口的温度按照0.04℃/h的降温速率降温；

（6）将第一水槽的进水口的温度降温至30℃，第二水槽的进水口的温度降温至29.8℃，完成整个TMCM-CdCl₃晶体生长过程。

其中籽晶上生长的晶体重量为148g，生长室底部无其他杂晶。

对比例一

采用单个水槽的装置；水槽全部包围住生长室的侧部和底部；水槽的上部为外壁和内壁限定出的圆形环形腔体；水槽的下部为底内壁、底外壁和侧外壁限定出的圆柱形腔体；水槽设置在保温箱中；水槽上设置有两处进水口和两处出水口；一处进水口设置在水槽的侧部的下方，一处进水口设置在上端面的一侧；一处出水口设置在水槽的侧部的上方，一处出水口设置在上端面的另一侧；生长室和水槽上设置有保温盖，籽晶粘接在籽晶棒下端，保温盖上由供籽晶棒出入的孔洞；

（1）将1L高纯水，308g的TMCM-CdCl3原料放入生长室内，将水槽的进水口的温度设定为70℃，0.5h后完成溶质溶解；

（2）溶解完成后，将水槽的进水口的温度先按照5℃/h降温至60℃，再按照0.5℃/h降温至58.5℃，此时溶液达到饱和状态，保持2h；

（3）将粘接在籽晶棒下方的籽晶放入生长室溶液中，并保持时间1h；

（4）温度保持结束后，将水槽的进水口的温度按照0.04℃/h的降温速率降温；

（6）将水槽的进水口的温度降温至30℃，完成整个TMCM-CdCl₃晶体生长过程。

其中籽晶上生长的晶体重量为63g，生长室底部其他杂晶重量为85g。

对比例二

采用如图1所示的晶体生长装置；

（1）将1L高纯水，401g的TMCM-CdCl₃原料放入生长室内，将第一水槽2的进水口和第二水槽的进水口的温度设定为80℃，0.5h后完成溶质溶解；

（2）溶解完成后，将第一水槽的进水口和第二水槽的进水口的温度按照5℃/h降温至67.5℃，保持2h；

（3）将晶向（001）的50mm×50mm×2mm的片状籽晶放置在生长室，放置在第一水槽2的底内壁上；并保持时间1h；

（4）保持第一水槽的进水口的温度67.5℃不变，将第二水槽的进水口的温度按照0.05℃/h的降温速率降温至67.3℃；并保持时间1h；

（5）温度保持结束后，将第一水槽的进水口和第二水槽的进水口的温度按照0.02℃/h的降温速率降温；

（6）将第一水槽2的进水口的温度降温至30℃，第二水槽的进水口的温度降温至29.8℃，完成整个TMCM-CdCl₃晶体生长过程。

其中籽晶上生长的晶体重量为157g，生长室底部其他杂晶84g。

综上，通过实施例与对比例的对比可知：（1）实施例一和实施例二通过双水槽设置以及形成过冷度，可生长出无杂晶的KDP类晶体。（2）对比例一种采用单水槽装置，生长出的KDP类单晶包含了杂晶；（3）对比例二采用双水槽装置以及形成了过冷度，但由于在降温过程中温度降低太快，温度陡降，造成内外温差大，溶液内部区域的温度不均，在晶体生长过程中产生了杂晶。

尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”（comprising）一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种晶体生长方法，其特征在于，晶体生长装置包括：保温箱、第一水槽、第二水槽、生长室；所述保温箱限定出容纳腔；所述第一水槽、所述第二水槽和所述生长室设置在所述容纳腔中，所述第一水槽全部或部分包围在所述生长室的侧面；所述第二水槽设置在所述生长室的底部；

所述第一水槽和所述第二水槽设置有进水口和出水口；所述生长室的上端面或所述生长室和所述第一水槽的上端面设置保温盖；

所述晶体生长方法的步骤包括：

将原料放入所述生长室中，设置所述第一水槽的进水口和所述第二水槽的进水口的温度为T1；所述T1为70~90℃；

待原料溶解完毕后，将所述第一水槽的进水口和所述第二水槽的进水口的温度T1按照多步降温法降低至T2，降温速率的范围为ΔT1，保持时间t1；所述T2为50~80℃；所述ΔT1为0.5~5℃/h；所述t1为0.5~3h；

将籽晶放入生长室，放置在所述生长室的底内壁上；保持时间t2；所述t2为0.5~2h；

保持所述第一水槽的进水口的温度不变，将所述第二水槽的进水口的温度按照ΔT2的降温速率降温至T22；保持时间t3；所述T2和所述T22差值为0.1~0.5℃；所述t3为0.5~2h；所述ΔT2为0.01~0.1℃/h；

温度保持结束后，将所述第一水槽的进水口的温度和第二水槽的进水口的温度按照ΔT3的降温速率降温；所述ΔT3为0.01~0.1℃/h；

将所述第一水槽的进水口的温度降温至T3，所述第二水槽的进水口的温度降温至T33，所述T3和所述T33差值为0.1~0.5℃；所述T3和所述T33为10~40℃。

2.如权利要求1所述的晶体生长方法，其特征在于，所述第一水槽为由相对平行设置的外壁和内壁限定出的供水进出的环形腔体；所述第二水槽为由侧壁，上壁和下壁限定出的供水进出的腔体。

3.如权利要求1所述的晶体生长方法，其特征在于，所述生长室的上端面的横截面积大于下端面的横截面积。

4.如权利要求1所述的晶体生长方法，其特征在于，所述第一水槽包含至少一处进出水和一处出水口。

5.如权利要求4所述的晶体生长方法，所述第一水槽包含两处进水口和两处出水口，其中，第一进水口设置在第一出水口的下方，第二进水口和第二出水口设置在所述第一水槽的上端面的两侧。

6.如权利要求1所述的晶体生长方法，其特征在于，所述第二水槽包含第三进水口和第三出水口，所述第三进水口和所述第三出水口设置在所述第二水槽的两侧。

7.如权利要求1所述的晶体生长方法，其特征在于，待原料溶解完毕后，将所述第一水槽的进水口和第二水槽的进水口的温度T1按照递减式降温速率进行降温至所述T2。

8.如权利要求1所述的晶体生长方法，其特征在于，所述进水口的温度T1按照n步阶梯式递减式降温速率进行降温至所述T2， n>1，i为第一步与第n步之间的步骤，1<i≤n；第一步的降温速率为ΔT1₁,第i步的降温速率为ΔT1_i，所述ΔT1_i<ΔT1₁。

9.如权利要求1所述的晶体生长方法，其特征在于，所述籽晶为片状结构，所述籽晶的长度为30-80mm；所述籽晶的宽度为30-80mm；所述籽晶的厚度为0.1-1mm，和/或，所述籽晶的晶向为（001）。