聲光晶體PbMoO-,4-的生長及其缺陷研究.pdf

1、鉬酸鉛(PbMoO4)單晶作為一種性能優(yōu)良的聲光晶體材料廣泛應(yīng)用于聲光偏轉(zhuǎn)器、聲光調(diào)制器和聲光濾波器等各類聲光器件，是目前在可見光、近紅外和中紅外光譜區(qū)優(yōu)先選用的聲光介質(zhì)材料。近年來隨著聲光調(diào)制器和聲光濾波器在光計(jì)算、光通訊和光顯微成像等技術(shù)中應(yīng)用的不斷發(fā)展，對PbMoO4晶體質(zhì)量的要求愈來愈高。因此深入開展提拉法生長PbMoO4聲光晶體的研究，尤其是研究晶體生長工藝參數(shù)與晶體缺陷之間的關(guān)系，以制備出低位錯(cuò)、無散射、高質(zhì)量的PbMoO4

2、聲光晶體，不但具有重要的理論意義，而且具有重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 本文主要研究了PbMoO4單晶的提拉法生長工藝，討論了工藝參數(shù)對晶體質(zhì)量的影響，分析了晶體主要缺陷的形成機(jī)理，探討了降低位錯(cuò)密度、消除散射現(xiàn)象的工藝措施。主要的研究結(jié)果如下： 1、采用有限元模擬方法分析研究了在提拉法生長PbMoO4晶體過程中，工藝參數(shù)對固液界面形狀的影響。模擬結(jié)果顯示：在提拉速率和溫度梯度不變時(shí)，隨著晶體旋轉(zhuǎn)速率的增加，固液界面經(jīng)歷了由凸到

3、平再到凹的變化過程;而在提拉速率和晶體旋轉(zhuǎn)速率保持不變時(shí)，隨著溫度梯度的增加，固液界面形狀則經(jīng)歷了由凹到平再到凸的變化過程。根據(jù)模擬結(jié)果，優(yōu)化了提拉法生長PbMoO4晶體的工藝參數(shù)，為PbMoO4單晶生長實(shí)驗(yàn)提供了理論依據(jù)。 2、通過提拉法生長PbMoO4單晶實(shí)驗(yàn)，研究溫度梯度、拉速、轉(zhuǎn)速等生長參數(shù)對晶體質(zhì)量的影響，從實(shí)驗(yàn)上進(jìn)一步優(yōu)化了提拉法生長PbMoO4晶體的工藝參數(shù)。發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度梯度為20～25℃/cm、晶體轉(zhuǎn)速為25～30

4、rmp、拉速為1.5～1.6mm/h時(shí)，可生長出晶體形態(tài)完整、無開裂現(xiàn)象、晶體中基本無散射顆粒、位錯(cuò)密度為2～3×103/cm2、平均透過率達(dá)76％、晶體尺寸為φ40×70mm的PbMoO4晶體。晶體質(zhì)量已達(dá)到器件級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，已提供國內(nèi)外相關(guān)單位使用，反應(yīng)良好。 3、研究了提拉法生長的PbMoO4晶體中主要缺陷的形成機(jī)理，討論分析了單晶生長的工藝參數(shù)對晶體缺陷的影響。研究發(fā)現(xiàn)：晶體裂縫主要與溫度梯度有關(guān)，溫度梯度大于25℃/cm，易

5、造成晶體的開裂和位錯(cuò)密度的增加；由氣泡、固相包裹體組成的散射顆粒是造成PbMoO4晶體中散射現(xiàn)象的主要原因，并以氣泡為主；氣泡的形成與固液界面形狀有關(guān)，而固相包裹體的形成與固液界面的穩(wěn)定性有關(guān)。研究結(jié)果表明，減小溫度梯度、降低提拉速度和采用高質(zhì)量的籽晶可以有效地減少位錯(cuò)缺陷；在晶體生長過程中，保持整個(gè)生長系統(tǒng)的穩(wěn)定可以有效的抑制固相包裹體和生長臺(tái)階的形成；對PhMoO4晶體進(jìn)行適當(dāng)?shù)难鯕夥胀嘶饎t可以有效消除色心缺陷，進(jìn)一步提高晶體的光學(xué)