SAPMAC法藍(lán)寶石生長(zhǎng)形態(tài)及機(jī)制研究.pdf

1、本文采用冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)分別以10mv/h，12mv/h，14mv/h和16mv/h為電壓下降速度生長(zhǎng)了藍(lán)寶石晶體，系統(tǒng)研究了電壓下降速度這一主要工藝參數(shù)對(duì)SAMPAC法藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)宏觀(guān)及微觀(guān)形態(tài)的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明電壓下降速度恒定時(shí)，晶體直徑逐漸增大，說(shuō)明即使電壓下降速度恒定，隨著晶體生長(zhǎng)，晶體沿徑向的生長(zhǎng)速度也會(huì)逐漸升高；在放肩和等徑生長(zhǎng)階段，隨著電壓下降速率增大，放肩角和等徑角變大；而在收尾階段隨著電壓下降

2、速率的增大，收尾角變小，進(jìn)一步表明電壓下降速度越大，晶體沿徑向生長(zhǎng)越快。據(jù)此，要實(shí)現(xiàn)晶體可控生長(zhǎng)，必須對(duì)加熱體溫度嚴(yán)格控制，對(duì)于放肩階段，電壓下降速度可恒定，但在等徑階段，電壓下降速度必須逐漸降低，這與采用一維定向結(jié)晶模型理論分析得到的結(jié)果一致。
　　根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合晶體生長(zhǎng)側(cè)面形貌層狀變化形態(tài)構(gòu)建了用于定性分析SAPMAC法藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)過(guò)程的幾何模型。該模型表明生長(zhǎng)泡凸出越大，提拉速度越小和生長(zhǎng)界面推進(jìn)速度越大晶體放肩角和

3、等徑角越大。與一維定向結(jié)晶模型理論結(jié)合便可解釋電壓下降速度對(duì)晶體宏觀(guān)生長(zhǎng)形態(tài)的影響規(guī)律。
　　對(duì)SAPMAC法藍(lán)寶石生長(zhǎng)界面微觀(guān)形態(tài)的觀(guān)察表明SAPMAC法藍(lán)寶石最終生長(zhǎng)界面一般包含光滑區(qū)和粗糙區(qū)，其中粗糙區(qū)又呈現(xiàn)平坦和梯田兩類(lèi)形態(tài)。進(jìn)一步分析表明光滑區(qū)無(wú)明顯組織特征，而粗糙區(qū)主要為沿[8803]晶向所在直線(xiàn)排列的條狀組織。條狀組織為由大量沿[8803]晶向所在直線(xiàn)擴(kuò)展的螺旋位錯(cuò)生長(zhǎng)丘聚并而成的臺(tái)階束，寬度大小約為20～200μm

4、，坡度在3°~30°之間。單個(gè)臺(tái)階的高度約為1μm，寬度在1μm~5μm之間。條狀組織間為聚集雜質(zhì)的凹槽，能譜分析表明凹槽內(nèi)雜質(zhì)元素主要為C，說(shuō)明雜質(zhì)的聚集抑制了所在位置晶體的生長(zhǎng)。輪廓儀連續(xù)測(cè)量臺(tái)階束尺寸結(jié)果顯示，以熔體液滴生長(zhǎng)和熔液層生長(zhǎng)時(shí)，過(guò)冷度越小，臺(tái)階束的寬度和高度越大。在熔液層與熔體液體生長(zhǎng)相交的區(qū)域，臺(tái)階束的寬度和高度基本沿著某一值上下波動(dòng)。
　　計(jì)算得到藍(lán)寶石沿a[1120]方向生長(zhǎng)界面相變熵因子α為2.03，可知