一種生長(zhǎng)異形晶體的技術(shù)
——導(dǎo)模法

1938年，前蘇聯(lián)科學(xué)家Stepanov首次發(fā)明了異形晶體的生長(zhǎng)方法。1967年，美國(guó)Tyco實(shí)驗(yàn)室LaBelle發(fā)明了導(dǎo)模法晶體生長(zhǎng)技術(shù)(edge-defined film-fed growth， EFG)，該技術(shù)利用與熔體可浸潤(rùn)的模具材料使坩堝內(nèi)的熔體通過模具的毛細(xì)孔或毛細(xì)縫的虹吸效應(yīng)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(jìn)行晶體生長(zhǎng)，所生長(zhǎng)晶體的橫截面形狀取決于模具上表面的正投影形狀。導(dǎo)模法晶體生長(zhǎng)示意圖如圖1所示。

圖1 導(dǎo)模法晶體生長(zhǎng)示意圖

與其他熔體生長(zhǎng)方法如提拉法、坩堝下降法、溫梯法、熱交換法和區(qū)熔法等相比，導(dǎo)模法可生長(zhǎng)形狀復(fù)雜和接近最終產(chǎn)品形狀與尺寸的異形晶體，是不可替代的晶體生長(zhǎng)方法，已被應(yīng)用于金屬、合金、硅、鍺、藍(lán)寶石和氧化鎵等單晶的生長(zhǎng)，其新應(yīng)用被不斷開拓，典型如微孔藍(lán)寶石晶體，作為光波導(dǎo)介質(zhì)將激光傳輸?shù)侥[瘤表面，作為太赫茲光子晶體波導(dǎo)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(dǎo)模法生長(zhǎng)的藍(lán)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(jì)大學(xué)物理科學(xué)與工程學(xué)院徐軍教授團(tuán)隊(duì)提供。十余年來，該團(tuán)隊(duì)針對(duì)不同晶體需求，先后建立了如下裝置和工藝平臺(tái)：(1)感應(yīng)加熱、銥坩堝發(fā)熱體、氧化鋯熱場(chǎng)；(2)感應(yīng)加熱、銥桶發(fā)熱體、銥坩堝、氧化鋯熱場(chǎng)；(3)感應(yīng)加熱、鎢/鉬坩堝、氧化鋯+石墨碳?xì)只旌蠠釄?chǎng)；(4)感應(yīng)加熱、鎢桶發(fā)熱體、鎢/鉬坩堝、氧化鋯+石墨碳?xì)只旌蠠釄?chǎng)；(5)電阻加熱、石墨發(fā)熱體、鎢/鉬坩堝、石墨碳?xì)譄釄?chǎng)；(6)電阻加熱、石墨發(fā)熱體、鎢/鉬坩堝、雙溫區(qū)石墨碳?xì)譄釄?chǎng)等。并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了藍(lán)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(nèi)徑0.16 mm微管及其陣列、內(nèi)/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(jìn)入市場(chǎng)，獲得產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

圖2 導(dǎo)模法生長(zhǎng)的異形藍(lán)寶石單晶制品