一种大尺寸氟化钙晶体的生长方法及氟化钙晶体与流程

本申请涉及晶体生长的，具体涉及一种大尺寸氟化钙晶体的生长方法及氟化钙晶体。

背景技术：

1、提拉法是目前应用最为广泛的单晶生长方法之一，该方法的优点在于晶体在生长的过程中不会与坩埚壁接触，不会产生寄生成核而形成多晶，而且晶体的生长速度快、生长的应力双折射小、完整度高。

2、目前，提拉法生长氟化钙晶体的工艺过程主要包括：升温、恒温、引晶、放肩、等径、降温等；其中，恒温过程的主要作用是排出原料熔体中的气泡。然而，利用现有的恒温工艺制备大尺寸氟化钙晶体时，由于熔体自然对流慢、晶体尺寸大、热场温度梯度小等原因，导致气泡无法彻底排除，而未排出的气泡会随着熔体对流生长到晶体中，导致晶体缺陷增多、位错密度增大，严重时会造成晶体开裂，从而影响晶体质量。

技术实现思路

1、为了克服大尺寸氟化钙晶体生长过程中存在的气泡排出不干净的问题，本申请提供一种大尺寸氟化钙晶体的生长方法及氟化钙晶体。

2、第一方面，本申请提供的一种大尺寸氟化钙晶体的生长方法，采用如下的技术方案：

3、一种大尺寸氟化钙晶体的生长方法，包括以下步骤：

4、s1：将氟化钙晶体装入晶体炉坩埚，升温使氟化钙晶体熔化后，打开坩埚顶部挡板；

5、s2：然后将晶体炉内温度升高100-500℃，待氟化钙晶体重新全部熔化，继续升高温度50-150℃；

6、s3：接着将晶体炉静置10-72h，同时向晶体炉内充入氩气，并抽真空至炉体内压力为11-50kpa。

7、本申请提供了一种大尺寸氟化钙晶体的生长方法，该生长方法的步骤s1通过打开挡板能够增加坩埚内熔体横向及纵向的温度梯度，从而增加熔体的自然对流，使得熔体中的气泡逐渐排出；步骤s2通过过温50-150℃，能够减少熔体的表面张力，使得熔体的表面张力对流加强，进而降低熔体的粘度，使得熔体流动加强，气泡易于溢出；步骤s3通过抽真空来调节炉内压力，使得熔体中的气泡充分溢出；通过充入流动的氩气能够将晶体炉内的杂质气体（hf、co、co2、f2、气态或粉状的caf2等）带走。综上，本申请提供的大尺寸氟化钙晶体的生长方法通过调节坩埚顶部挡板、晶体炉温度以及对流气体类型，来调节坩埚内筒体的温度梯度，从而增加熔体的自然对流与表面张力对流，使得熔体中的气泡充分排出，有效降低获得的氟化钙晶体中的气泡含量，减少氟化钙晶体的缺陷，提高氟化钙晶体的质量。

8、本申请中，由于氩气的努赛尔数值较大，因此氩气对流可以带走晶体炉内的热量，使得坩埚附近熔体的温度梯度增加，温度梯度的增加能够加强熔体的自然对流，从而有利于熔体中的小气泡、大气泡相互撞击并聚集形成大气泡，并在自然对流与浮力的共同作用下，在熔体的液面处发生破裂。

9、在一些实施方案中，所述步骤s3中，炉体内压力可以为11-20kpa、11-30kpa、11-40kpa、11-50kpa、20-30kpa、20-40kpa、20-50kpa、30-40kpa、30-50kpa或40-50kpa。

10、在一个具体的实施方案中，所述步骤s3中，炉体内压力还可以为11kpa、20kpa、30kpa、40kpa或50kpa。

11、可选地，所述步骤s1中，坩埚顶部挡板的打开速率为5-30mm/min。

12、可选地，所述步骤s1中，氩气的温度为25±5℃，纯度为5n，氩气的充气流量为3-15l/min。

13、在一些实施方案中，所述步骤s3中，氩气的充气流量可以为3-5l/min、3-10l/min、3-15l/min、3-20l/min、5-10l/min、5-15l/min、5-20l/min、10-15l/min、10-20l/min、或15-20l/min。

14、在一个具体的实施方案中，所述步骤s3中，氩气的充气流量还可以为3l/min、5l/min、10l/min、15l/min或20kpa。

15、可选地，所述步骤s2中的升温速率均为15-25℃/h。

16、可选地，所述步骤s1中氟化钙晶体熔化的具体步骤为：首先对晶体炉抽真空、升温，使真空度到达1x10-4pa以下、炉内温度升高至250-270℃，恒温24-72h；停止抽真空，并以90-120℃/h的速率缓慢升温，同时将氩气充入炉体中，当炉体内压力约112kpa-150kpa时停止充入氩气，继续以140-160℃/h的速率升温，直至温度达到1400-1500℃后开始恒温，直至氟化钙晶体熔化。

17、可选地，所述步骤s3结束后，关闭氩气，并继续抽真空，直至炉体内压力为50-80kpa时关闭真空阀门。

18、可选地，关闭真空阀门后，以13-18mm/min的速率关闭顶部挡板，然后以每小时10-50℃/h降温至1400-1500℃，并恒温静置7-30h。

19、可选地，所述大尺寸氟化钙晶体的生长方法还包括：引晶、放肩、等径生长和降温。

20、第二方面，本申请提供一种利用大尺寸氟化钙晶体的生长方法获得的氟化钙晶体。

21、可选地，所述氟化钙晶体的直径为250-350mm。

22、在一些实施方案中，所述氟化钙晶体的直径可以为250-340mm。

23、在一个具体的实施方案中，所述氟化钙晶体的直径还可以为250mm或340mm。

24、综上所述，本申请具有以下有益效果：

25、1. 本申请提供了一种大尺寸氟化钙晶体的生长方法，该生长方法通过调节坩埚顶部挡板、晶体炉温度以及采用氩气作为对流气体，能够将氟化钙熔体中的气泡充分溢出，显著降低氟化钙晶体中的气泡含量，提高氟化钙晶体的质量。

26、2. 本申请进一步将步骤s3中氩气充气流量控制在3-15 l/min范围内，炉体内压力控制在20-50 kpa范围内，获得的氟化钙晶体的气泡含量＜15个/100cm3，氟化钙晶体的质量更高。

技术特征：

1.一种大尺寸氟化钙晶体的生长方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的大尺寸氟化钙晶体的生长方法，其特征在于，所述步骤s1中，坩埚顶部挡板的打开速率为5-30mm/min。

3.根据权利要求1所述的大尺寸氟化钙晶体的生长方法，其特征在于，所述步骤s3中，氩气的温度为25±5℃，纯度为5n，氩气的充气流量为3-15l/min。

4.根据权利要求1所述的大尺寸氟化钙晶体的生长方法，其特征在于，所述步骤s2中的升温速率均为15-25℃/h。

5.根据权利要求1所述的大尺寸氟化钙晶体的生长方法，其特征在于，所述步骤s1中氟化钙晶体熔化的具体步骤为：

6.根据权利要求1所述的大尺寸氟化钙晶体的生长方法，其特征在于，所述步骤s3结束后，关闭真空阀门，直至炉体内压力为50-80kpa时关闭氩气阀门。

7.根据权利要求6所述的大尺寸氟化钙晶体的生长方法，其特征在于，关闭真空阀门后，以13-18mm/min的速率关闭顶部挡板，然后以每小时10-50℃/h降温至1400-1500℃，并恒温静置7-30h。

8.根据权利要求1所述的大尺寸氟化钙晶体的生长方法，其特征在于，所述大尺寸氟化钙晶体的生长方法还包括：引晶、放肩、等径生长和降温。

9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的大尺寸氟化钙晶体的生长方法获得的氟化钙晶体。

10.根据权利要求9所述的氟化钙晶体，其特征在于，所述氟化钙晶体的直径为250-350mm。

技术总结本申请涉及晶体生长技术领域，具体公开了一种大尺寸氟化钙晶体的生长方法及氟化钙晶体。本申请提供的大尺寸氟化钙晶体的生长方法包括以下步骤：S1：将氟化钙晶体装入晶体炉坩埚，升温使氟化钙晶体熔化后，打开坩埚顶部挡板；S2：然后将晶体炉内温度升高100‑500℃，待氟化钙晶体重新全部熔化，继续升高温度50‑150℃；S3：接着将晶体炉静置10‑72h，同时向晶体炉内充入氩气，并抽真空至炉体内压力为11‑50kpa；本申请还提供了利用上述生长方法获得的氟化钙晶体。本申请提供的大尺寸氟化钙晶体的生长方法能够降低氟化钙晶体中的气泡含量，减少氟化钙晶体的缺陷，有效提高氟化钙晶体的质量。技术研发人员：刘景峰,洪冬梅,孟春坡受保护的技术使用者：北京奇峰蓝达光学科技发展有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1