[发明专利]一种单斜相Ga2S3单晶的制备方法

说明书

本发明公开了一种单斜相Ga₂S₃单晶的制备方法，采用真空密闭助熔剂坩埚下降法。引入助熔剂Sb₂S₃来降低单斜相Ga₂S₃单晶的结晶温度，通过晶体生长参数（温度梯度，下降速度等），制得能够符合实用要求的厘米级的高质量大尺寸单斜相Ga₂S₃单晶，尺寸可达Φ10×20mm，且在紫外可见光区域透过率可达90%以上。

技术领域

本发明属于单晶生长技术领域，具体涉及一种单斜相Ga₂S₃单晶的助熔剂坩埚下降法。

背景技术

单斜相Ga₂S₃晶体是一种物化性能优良的中远红外波段非线性光学晶体，其在2μm激光激发下具备倍频响应，且呈现相位匹配特性，晶体在2μm处无吸收，且激光激光损伤阈值为商用AgGaS₂的30倍，此外，其双折射率与AgGaS₂相当。因此单斜相Ga₂S₃晶体是一种潜在的高功率中远红外非线性激光材料。

众所周知，硫属化合物晶体由于其强的挥发性和易氧化而无法在开放空间中合成与晶体生长，而是需要在密闭无水无氧环境中进行。

据报道， Ga₂S₃存在3种物相（低温立方相、中温单斜相、高温六方相），克服各物相之间的相转变是生长高质量单斜相Ga₂S₃晶体面临的首要问题。而目前单晶生长技术面对非一致熔融（或相变）的硫属化合物的单晶生长束手无策，导致某些性能优异的晶体材料，尚处在实验室研究阶段，不能满足高技术发展的需要，实验室成果转化为生产力的产业化技术水平依然落后。因此，探索开发一种适用于此类化合物晶体生长的方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单斜相Ga₂S₃单晶的制备方法，制得符合实用要求的厘米级大尺寸单斜相Ga₂S₃单晶，该单晶的质量好、透过率高，方法操作简单且高效、经济实用。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种单斜相Ga₂S₃单晶的制备方法：采用真空密闭助熔剂坩埚下降法。包括以下步骤：

1）将Ga₂S₃多晶原料与Sb₂S₃混合并研磨均匀，然后真空密封；

2）将真空密封后的物料先高温加热熔融，再降温，得到所述单斜相Ga₂S₃单晶。

步骤1）中Ga₂S₃多晶原料与Sb₂S₃的摩尔比为1：0.8~1.2，真空度为10^-4Pa。

步骤2）的具体步骤为：将真空密封后的物料放置在具有高温区和低温区的生长装置中的高温区内，升温使生长装置内的高温区和低温区均达到预设温度，保温熔融，得到熔液；在生长装置内寻找结晶点位置，通过下降的方式使熔液均匀地通过结晶点位置；对高温区和低温区进行降温，得到所述单斜相Ga₂S₃单晶。

高温区的预设温度为800~1000℃，低温区的预设温度为450~650℃，生长装置内的温度梯度为20~30℃/cm。

熔液先下降至结晶点位置以上1~3cm处，之后以0.1~0.2mm/h的下降速度均匀地通过结晶点位置，然后静置。