冷心放肩微量提拉法大尺寸蓝宝石单晶生长过程的模拟分析.doc

 人 工 晶 体 学 报 第 35卷 第 5期 2006 年 10月 Vo l. 35 No. 5 JOURNAL O F SYN TH ET IC CR YSTAL S O c tobe r, 2006 冷心放肩微量提拉法大尺寸蓝宝石单晶 生长过程的模拟分析 许承海 , 左洪波 , 孟松鹤 , 姚 泰 , 汪桂根 , 李长青 , 张明福 (哈尔滨工业大学复合材料研究与结构所 ,哈尔滨 150001 ) 摘要 :利用数值模拟方法计算了冷心放肩微量提拉法 ( SA PMAC )蓝宝石晶体生长过程 。结合晶体直径变化 、裂纹 出现位置与延续方向 、晶体透明性等实验现象 ,通过与提拉法 、温梯法 、坩埚移动法等相对比 ,分析了冷心放肩微量 提拉法晶体生长各阶段的工艺特点 ,并根据模拟计算结果对晶体生长系统和晶体生长控制工艺进行了改进 。分别 利用增大热交换器的散热参数 、降低加热温度 、改进降温曲线 、调节外加轴向和径向温度梯度的方式来实现对晶体 生长的引晶 、放肩 、等径和收尾控制 。通过实验比较证明了改进后的晶体生长系统和晶体生长控制工艺能够生长 出性能较好的大尺寸蓝宝石晶体 。 关键词 :晶体生长 ;数值模拟 ;蓝宝石 ;冷心放肩微量提拉法 文章编号 : ( 2006 ) 0520976 208 中图分类号 : O78 文献标识码 : A S im u la t ion Ana ly s is on the SA PM AC C ry sta l Grow th Proce ss of L a rge S ize Sa pph ire XU C heng 2ha i, ZUO H ong 2bo, M EN G S ong 2he, YAO Ta i, W AN G Gu i2gen, L I C hang 2qing, ZHAN G M ing 2fu ( Cen te r fo r Compo site M a te ria ls, H a rb in In stitu te of Techno logy, H a rb in 150001 , Ch ina) ( R eceived 15 M ay 2006 ) A b stra c t: The SA PMAC ( sapp h ire grow th techn ique w ith m ic ro2p u lling and shou lde r a t coo led cen te r) p roce ss ha s inve stiga ted by num e rica l sim u la tion m e thod. The cha rac te ristic s of seve ra l d iffe ren t c rysta l grow th stage s have been ana lyzed and comp a red w ith Czoch ra lsk i m e thod, temp e ra tu re grad ien t techn ique and b ridgm an techn ique e tc. B a se on the re su lts of sim u la tion and techn ique s of d iffe ren t c rysta l grow th stage s, the system and con tro l techn ique s of c rysta l grow th we re imp roved; the conven tiona l SA PMAC fu rnace wa s mod ified w ith the hea t d issip a tion p a ram e te rs inc rea sed, the hea ting temp e ra tu re dec rea sed, the temp e ra tu re fa lling cu rve imp roved, the add itiona l axia l and rad ia l temp e ra tu re grad ien t ad ju sted, so the neck ing2down, shou lde r2extend ing, iso2d iam e te r and ta iling p roce ss of the c rysta l grow th can be con tro lled. The exp e rim en t