[发明专利]一种石英晶体的生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体生长方法，特别涉及单面石英晶体的生长方法。 

背景技术

石英晶体是一种高等级的光学晶体。主要以其光学透过、旋光性、双折射效应应用为主，用来制造棱镜、透镜、光学波片、以及数码相机中光学低通滤波器等产品。 

以往，光学石英晶体都采用籽晶垂直悬挂的方式进行双面生长，这种生长方法通过调整晶体生长的工艺参数来改进晶体质量，但由于溶液对流带来的杂质会大量粘附在生长界面，晶体质量很难有更大程度的提高。为了显著提高晶体的质量，满足小型光学器件的高质量材料要求，必须采用新的工艺提高石英晶体的质量。 

根据文献报道和大量试验的结果，研究发现可以采用新的籽晶悬挂方式及生长工艺来提高石英晶体的质量。将籽晶水平悬挂，进行双面生长，除了悬挂方式改变以外，其它工艺参数不变。这样，在生长过程中，溶液对流时带来的杂质很难粘附在籽晶下表面，但是，却更多地落在籽晶上表面。这样生长出来的石英晶体虽然下半部分石英晶体质量大有提高，但上半部分包裹体和杂质含量增多，质量仍然很差。 

发明内容

本发明的目的，正是基于满足市场日益强大的高质量棱镜、透镜、光学波片、以及光学低通滤波器等产品的要求。于是发明提出人造石英晶体的单面生长技术，通过遮挡等方式限制石英晶体的生长方向，生长出整体高质量的人造光学石英晶体。 

实现本发明的技术方案具体包括以下步骤： 

1)对原晶坯料进行切割以获得片状籽晶并预处理籽晶：其中，籽晶的切割方向为：沿x方向或Z方向、或沿Z-Y之间为任意角度的方向；然后将籽晶浸泡在HF酸或NH₄F溶液中10-30分钟，之后用清洗液进行清洗； 

2)将籽晶水平放置，在籽晶上面放置金属或有机材料的薄膜，薄膜上方用挡板遮挡，且将三者固定在一起；挡板和薄膜的材料为不影响晶体质量的金属材料或有机材料；挡板和薄膜的外形尺寸不小于要长成的石英晶体的外形尺寸； 

3)将固定好的籽晶连同挡板一同放入高压釜内的碱溶液中，保持籽晶的水平状态，高压釜内的碱溶液浓度为：0.6mol/L-1.5mol/L；生长压力为：120Mpa-150Mpa；生长温度：330℃-380℃，温差：15℃-30℃。 

进一步，在步骤2)中将挡板与籽晶固定前，先将挡板进行打磨，清洗，然后浸泡在HF酸或NH₄F溶液中10-30分钟去除表面残留杂质。 

进一步，步骤2)中的籽晶、薄膜和挡板三者固定的方式为：薄膜粘贴在挡板上，在籽晶、薄膜和挡板的对应位置处开有孔，用钢丝将三者捆绑起来。 

进一步，挡板的材料为具有一定的强度和硬度的不锈钢或聚四氟乙烯。籽晶厚度在1.2mm-2mm之间；薄膜厚度为0.1mm-0.4mm，材料为不锈钢或聚四氟乙烯。 

进一步，高压釜中的碱性溶液是NaOH溶液、KOH溶液、LiOH溶液、Na₂CO₃溶液中的任意一种或上述几种溶液的混合。 

此外，在籽晶被放入高压釜之前，进一步包括将多于一片固定好的挡板和籽晶放置在一个籽晶架圈上，且各籽晶之间也用挡板隔开，挡板的形状为 形，挡板之间留有间隙。 

进一步，可将多个放置有多于一片籽晶和挡板的籽晶架圈，用支架连接起来，构成包含多层籽晶架圈的籽晶架；然后将籽晶架放置在高压釜中。 

本发明的效果：通过籽晶的水平放置，并用挡板来限制石英向上生长，使石英只能向下生长，提高了晶体整体的内部质量，大大减少 包裹体和絮状物缺陷；并且，在挡板和籽晶之间增加有薄膜，可以防止石英晶体与挡板直接粘接到一起，从而避免晶体开裂。该方法与背景技术中双面生长石英的方法比较，能够在同样的生长时间和生长空间的情况下，生长出质量更高的完整光学单晶，相当于比背景技术中生长石英的方法效率提高了一倍。 

附图说明

图1是本发明籽晶的安装结构原理图。 

具体实施方式

下面结合附图，描述本发明的一个优选实施例。图1是本发明籽晶捆绑在挡板上并一并安装在籽晶架上的结构原理图。1为籽晶，2为挡板，3为籽晶架圈，4为籽晶架，籽晶1和挡板2之间具有薄膜5。同一层的挡板之间具有间隙6。在准备生长石英晶体时，籽晶1、薄膜5与挡板2捆绑好后，放置在籽晶架圈3上，多层籽晶架圈3通过支架连接在一起，形成具有多次的籽晶架4，它们一同被放入高压釜内，以进行石英的生长。