SAPMAC法藍寶石生長形態(tài)及機制研究.pdf

1、本文采用冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)分別以10mv/h，12mv/h，14mv/h和16mv/h為電壓下降速度生長了藍寶石晶體，系統(tǒng)研究了電壓下降速度這一主要工藝參數(shù)對SAMPAC法藍寶石晶體生長宏觀及微觀形態(tài)的影響規(guī)律。實驗結果表明電壓下降速度恒定時，晶體直徑逐漸增大，說明即使電壓下降速度恒定，隨著晶體生長，晶體沿徑向的生長速度也會逐漸升高；在放肩和等徑生長階段，隨著電壓下降速率增大，放肩角和等徑角變大；而在收尾階段隨著電壓下降

2、速率的增大，收尾角變小，進一步表明電壓下降速度越大，晶體沿徑向生長越快。據(jù)此，要實現(xiàn)晶體可控生長，必須對加熱體溫度嚴格控制，對于放肩階段，電壓下降速度可恒定，但在等徑階段，電壓下降速度必須逐漸降低，這與采用一維定向結晶模型理論分析得到的結果一致。
　　根據(jù)以上實驗結果結合晶體生長側(cè)面形貌層狀變化形態(tài)構建了用于定性分析SAPMAC法藍寶石晶體生長過程的幾何模型。該模型表明生長泡凸出越大，提拉速度越小和生長界面推進速度越大晶體放肩角和

3、等徑角越大。與一維定向結晶模型理論結合便可解釋電壓下降速度對晶體宏觀生長形態(tài)的影響規(guī)律。
　　對SAPMAC法藍寶石生長界面微觀形態(tài)的觀察表明SAPMAC法藍寶石最終生長界面一般包含光滑區(qū)和粗糙區(qū)，其中粗糙區(qū)又呈現(xiàn)平坦和梯田兩類形態(tài)。進一步分析表明光滑區(qū)無明顯組織特征，而粗糙區(qū)主要為沿[8803]晶向所在直線排列的條狀組織。條狀組織為由大量沿[8803]晶向所在直線擴展的螺旋位錯生長丘聚并而成的臺階束，寬度大小約為20～200μm

4、，坡度在3°~30°之間。單個臺階的高度約為1μm，寬度在1μm~5μm之間。條狀組織間為聚集雜質(zhì)的凹槽，能譜分析表明凹槽內(nèi)雜質(zhì)元素主要為C，說明雜質(zhì)的聚集抑制了所在位置晶體的生長。輪廓儀連續(xù)測量臺階束尺寸結果顯示，以熔體液滴生長和熔液層生長時，過冷度越小，臺階束的寬度和高度越大。在熔液層與熔體液體生長相交的區(qū)域，臺階束的寬度和高度基本沿著某一值上下波動。
　　計算得到藍寶石沿a[1120]方向生長界面相變熵因子α為2.03，可知