一種生長異形晶體的技術
——導模法

1938年，前蘇聯科學家Stepanov首次發明了異形晶體的生長方法。1967年，美國Tyco實驗室LaBelle發明了導模法晶體生長技術(edge-defined film-fed growth， EFG)，該技術利用與熔體可浸潤的模具材料使坩堝內的熔體通過模具的毛細孔或毛細縫的虹吸效應上升到模具上表面，通過定向籽晶提拉牽引，在模具上表面進行晶體生長，所生長晶體的橫截面形狀取決于模具上表面的正投影形狀。導模法晶體生長示意圖如圖1所示。

圖1 導模法晶體生長示意圖

與其他熔體生長方法如提拉法、坩堝下降法、溫梯法、熱交換法和區熔法等相比，導模法可生長形狀復雜和接近最終產品形狀與尺寸的異形晶體，是不可替代的晶體生長方法，已被應用于金屬、合金、硅、鍺、藍寶石和氧化鎵等單晶的生長，其新應用被不斷開拓，典型如微孔藍寶石晶體，作為光波導介質將激光傳輸到腫瘤表面，作為太赫茲光子晶體波導為太赫茲波的傳輸提供了一種有效的解決方案等。

本期封面展示了用導模法生長的藍寶石單晶異形制品，如圖2所示，包括多片、大板材、微管及其列陣、大口徑管、單頭封管、纖維和紅寶石等，由同濟大學物理科學與工程學院徐軍教授團隊提供。十余年來，該團隊針對不同晶體需求，先后建立了如下裝置和工藝平臺：(1)感應加熱、銥坩堝發熱體、氧化鋯熱場；(2)感應加熱、銥桶發熱體、銥坩堝、氧化鋯熱場；(3)感應加熱、鎢/鉬坩堝、氧化鋯+石墨碳氈混合熱場；(4)感應加熱、鎢桶發熱體、鎢/鉬坩堝、氧化鋯+石墨碳氈混合熱場；(5)電阻加熱、石墨發熱體、鎢/鉬坩堝、石墨碳氈熱場；(6)電阻加熱、石墨發熱體、鎢/鉬坩堝、雙溫區石墨碳氈熱場等。并在此基礎上開發了藍寶石系列晶體：同步12～23片108 mm/80 mm寬片、350 mm×700 mm×12 mm大板條、內徑0.16 mm微管及其陣列、內/外徑分別為31 mm/58 mm和50 mm/65 mm圓管、單段封口熱偶管、單晶光纖、紅寶石等,部分已進入市場，獲得產業化應用。

圖2 導模法生長的異形藍寶石單晶制品