[发明专利]一种导模提拉法生长铁酸钇晶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生长晶体的方法，特别是一种导模提拉法生长铁酸钇晶体的方法。

背景技术

近年来，H.Hauser等人的研究表明：YFeO₃比YIG在可见和近红外区有高的磁光优值，较低的饱和磁场强度M_S，较高的居里温度T_C，而且矫顽力可控，畴宽度比石榴石要宽的多，畴壁运动范围大，畴壁运动速度是磁性介质中最快的，因此可适用于可见和近红外波段的法拉第器件上。传统提拉法生长研究发现，YFeO₃高温熔体对流非常强烈，非稳态振荡性的熔体不易于晶体生长，熔体表面张力很大，熔体有沿坩埚壁外溢的倾向。熔体的这些性质，对晶体生长的影响则表现为熔体易在熔体表面产生漂晶，或在坩埚壁上发生结晶，对旋转的晶体产生干扰。所生长晶体容易出现多晶、开裂等缺陷，所以以该方法生长晶体，定向生长十分困难，而晶体形状极不规则。非稳态振荡性的熔体也容易导致熔体对流反常，从坩埚中心向外流动，致使熔体中心的温度高于周围的温度，难以进行引晶生长，或者晶体生长难以持续。目前有报道中国科学院上海硅酸盐研究所武安华等学者采用光浮区法生长出直径约7mm 铁酸钇单晶，在大多数情况下，这种尺寸能满足一些小型磁光器件的要求，而一些大型器件就很难满足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导模提拉（edge-defined film-fed growth）法生长铁酸钇晶体的方法，解决提拉法生长过程中存在的熔体对流反常、易产生漂晶等问题，获得大尺寸铁酸钇单晶。

本发明是这样实现的：

一种导模提拉法生长铁酸钇晶体的方法，将内部带有纵向缝隙的导模模具放入坩埚中，再向坩埚中加入多晶原料，加热坩埚使多晶原料熔化，并使多晶原料的熔融体没过导模模具下部的缝隙，以使多晶原料的熔融体在毛细管效应的作用下沿着导模模具内的纵向缝隙上升到导模模具的上表面，然后下籽晶并提拉获得铁酸钇单晶。

本发明的导模提拉法除了具有晶体生长速度快、尺寸大，光学质量好等优点外，还具有如下几种独特的优点：1）能够控制生长出各种方向和形状的晶体，简化晶体的后加工工序、降低晶体的成本；2）晶体生长界面为平界面生长，易于获得成分分布均匀、内部质量好的体单晶；3）晶体生长作用发生在温度恒定的导模模具顶端，温度梯度变化较小，所生长晶体的光学均匀性好。4）晶体生长发生在极薄的界面内，克服了铁酸钇晶体提拉法生长中遇到的熔体对流反常、易产生漂晶等问题，同时可以获得大的轴向温度梯度，从而获得较快的晶体生长速率。

 

附图说明

图1导模提拉法生长铁酸钇晶体（导模模具上不设有带孔模片）示意图。

图2 导模提拉法生长铁酸钇晶体（导模模具上设有带孔模片）示意图。

图3 导模模具上表面放置的圆形带孔模片示意图。

    附图标记说明：

1 籽晶；2单晶；3 导模模具；4 坩埚；5 多晶原料的熔融体；6 圆形带孔模片；7 缝隙。

具体实施方式

本发明可以具体实施如下：

将内部带有纵向缝隙7的导模模具3放入坩埚4中，再向坩埚4中加入多晶原料，加热坩埚4使多晶原料熔化，并使多晶原料的熔融体5没过导模模具下部的缝隙7，以使多晶原料的熔融体5在毛细管效应的作用下沿着导模模具内的纵向缝隙7上升到导模模具3的上表面，然后在导模模具3的上表面下籽晶1并提拉生长获得铁酸钇单晶2。

另外，本发明还可以具体实施如下：

将内部带有纵向缝隙7的导模模具3放入坩埚4中，并在导模模具3上表面放置圆形带孔模片6，再向坩埚4中加入多晶原料，加热坩埚使多晶原料熔化成熔融体5，并使导模模具3下部的缝隙7没入多晶原料的熔融体5中，以使多晶原料的熔融体5在毛细管效应的作用下沿着导模模具3内的纵向缝隙7上升到圆形带孔模片6的上表面，然后在圆形带孔模片6的上表面下籽晶1并提拉成与圆形带孔模片6形状一致的单晶2。

在以上本发明的具体实施中，所述导模模具上表面设置的带孔模片是带有直径小于或等于2.0mm孔的模片，该模片和导模模具为铂、铱、铑、硼化铪、硼化锆等熔点在1710℃以上的金属或合金材料制得。所述导模模具内部纵向缝隙横截面面积的总和小等于导模模具上表面面积的80%，所述狭缝通过线切割或激光打孔等加工方法制备；所述的晶体生长气氛为惰性气体，所述惰性气体是氮气；晶体的提拉沿任意结晶学方向进行，晶体的提拉生长速度0.01-5.0mm/h。