[发明专利]提拉法在非化学计量比熔体中生长Ca12Al14O33单晶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及Ca₁₂Al₁₄O₃₃单晶的生长方法。

背景技术

七铝酸十二钙(12CaO·7Al₂O₃，Ca₁₂Al₁₄O₃₃，C12A7)是一种宽带隙半导体氧化物材料，近年来因其自身独特的笼状微结构和广泛的功能性，而引起国内外学者的密切关注。C12A7热稳定性好(熔点1415℃)，禁带宽度为5.9eV。C12A7晶体每个单胞中含有12个笼子，每个笼子内部的直径为0.4nm，单胞的化学式可表示为[Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺+2O^2-，每个笼子平均带电量为1/3(+4电荷/12笼子)，具有强的捕获电子能力，从而显示出不同的功能性。C12A7整体呈现电中性，束缚在笼子中游离的O^2-离子与骨架上的Ca²⁺离子配位，O^2-离子和Ca²⁺之间的空间比它们离子半径的总和(0.24nm)大1.5倍；多余的O^2-离子被疏松地束缚在笼子里，笼子上有直径为0.1nm微孔窗口，可控制离子基团的流入与流出，并且这些O^2-离子可以部分或者全部被其它离子所取代形成C12A7:M^n-(M^n-为n价阴离子)，从而使其具有诸多特殊性能。由C12A7的出现及其独特的骨架结构，为制作无机电子化合物提供了良好的条件，是一种集光电和透明性等优良性能于一体的材料，研究表明，C12A7经过一定处理后，用其制成透明电路板、高密度可擦除光存储材料、光、化学传感器、阴离子存储、发射材料和冷阴极电子发射体、制冷装置、微电子器件和化学反应催化剂，在计算机显示器、手表、手机、玻璃和眼镜等领域也有很大应用潜力。

发明内容

本发明要解决现有生长Ca₁₂Al₁₄O₃₃单晶存在在C12A7单晶的生长过程中铱坩锅的腐蚀比较严重，并且在生长过程中，有大量的铱离子进入到C12A7单晶体的晶格结构中，导致C12A7单晶的透光性大幅度的下降，晶格的畸变和开裂，对C12A7单晶的的尺寸有着大的限制等的技术问题，而提供了提拉法在非化学计量比熔体中生长Ca₁₂Al₁₄O₃₃单晶的方法。

本发明通过加入过量的氧化钙，在非化学计量比的熔体中利用提拉法进行C12A7单晶的生长，减少提拉法生长Ca₁₂Al₁₄O₃₃单晶体中的铱元素的缺陷，减少C12A7单晶的开裂，降低铱金坩锅的腐蚀，增大生长出的C12A7单晶的透光率、从而增大晶体的生长尺寸和改善晶体的质量，以达到工业化生长的目的。

本发明中提拉法在非化学计量比熔体中生长Ca₁₂Al₁₄O₃₃单晶的方法是按下述步骤进行的：一、分别称取CaO和Al₂O₃后混合，其中CaO与Al₂O₃的摩尔比为12.1∶7，CaO得到质量纯度大于99.99％，Al₂O₃的质量纯度大于99.99％；

二、然后研磨均匀，再放入压片机压成圆片，将圆片放入刚玉坩埚中，在马弗炉中升温至1250～1300℃，恒温10～15小时(恒温下进行固相反应)，降温至室温，

三、重复步骤二操作2～3次；

四、然后置于铱金坩埚中，再在放入提拉炉中，然后将提拉炉抽为真空，再充入氧气和氮气的混合气体，氧气占混合气体体积的4％～5％然后在1329℃生长温度条件下，以0.3～2.0毫米/小时的提升速度及5～8转/分钟的晶转采用提拉法生长晶体生长24小时，即得到Ca₁₂Al₁₄O₃₃单晶。