一種摻釹三硼酸鈣氧釔晶體的生長方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種晶體生長領(lǐng)域，特別涉及一種摻釹三硼酸鈣氧釔晶體的生長方法。本發(fā)明包括原料制備；壓制成型；抽真空；設(shè)置系統(tǒng)；升溫熔料；下籽晶；引晶；放肩；拉伸；停爐等。本發(fā)明采用采用石墨電阻加熱生長晶體避免使用價(jià)格昂貴的銥金，坩堝保溫材料價(jià)格低，減少了投資，降低了成本，保溫采用鉬材料，其特點(diǎn)是在特殊的生長氣氛下能夠重復(fù)使用周期一年左右，節(jié)約了晶體的生長周期和降低了成本。本發(fā)明實(shí)施的過程中，采用本發(fā)明的晶體生長新工藝不僅提高的生產(chǎn)產(chǎn)能，而且降低了生產(chǎn)的成本，做到在生產(chǎn)的過程中無污染、無輻射、無噪音。生產(chǎn)工藝填補(bǔ)了國內(nèi)的空白，為激光晶體生長行業(yè)的發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
【專利說明】一種摻釹三硼酸鈣氧釔晶體的生長方法
[0001](一)

【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種晶體生長領(lǐng)域，特別涉及一種摻釹三硼酸鈣氧釔晶體的生長方法。
[0002](二)

【背景技術(shù)】
倍頻作為一種重要的頻率轉(zhuǎn)換手段，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于光存儲、激光打印、激光指示、深海探測與通信、軍事指揮等關(guān)系到國際民生的領(lǐng)域，并在激光顯示等領(lǐng)域展示了重要的應(yīng)用前景。作為一種重要的倍頻材料，硼酸鈣氧釔YCa40(B03)3(以下簡寫:YC0B)或者硼酸鈣氧釓Ca40(B03)3，(簡寫:GdC0B]自其發(fā)明以來，就受到了人們的廣泛關(guān)注，并以之作為變頻晶體實(shí)現(xiàn)了倍頻以及三倍頻的激光輸出。該類材料屬于單斜晶系，具有非線性系數(shù)大、抗光損傷閾值高、透過波段寬、可用提拉法生長等優(yōu)點(diǎn)。除此之外，進(jìn)行離子(如Nd, Yb)摻雜之后，該類材料還是一種很好的自倍頻激光晶體，同時具有了激光和變頻的特性，實(shí)現(xiàn)了多功能復(fù)合以及器件的小型化，符合功能材料的發(fā)展趨勢。但是傳統(tǒng)的自倍頻激光晶體生長是采用感應(yīng)線圈加熱的方式，銅管要有冷卻水循環(huán)，功率大，噪音大等特點(diǎn)。感應(yīng)加熱時采用銥金坩堝，國內(nèi)無銥金資源，均從英國、南非進(jìn)口，價(jià)格昂貴，目前每公斤高達(dá)30萬元人民幣，每臺設(shè)備需用8公斤左右，高達(dá)240萬，設(shè)備80萬-100萬元。每臺設(shè)備(單晶爐)投資聞達(dá)340萬左右，成本聞、價(jià)格聞。
[0003](三)


【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種摻釹三硼酸鈣氧釔晶體的生長方法。
[0004]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種摻釹三硼酸鈣氧釔晶體的生長方法，其特征在于:包括如下步驟:(1)原料制備:按照硼酸鈣氧鹽的化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量比稱取原料，將原料摻釹(Nd3+)硼酸鈣氧釔NdxYl-xCa40(B03)3，通過硅鑰馬弗爐燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1400-1500攝氏度，并恒溫30個小時，去除潮氣及其他礦物雜質(zhì)；
(2)壓制成型:將上述配好的原料經(jīng)過自動混料機(jī)混料后，通過壓制機(jī)壓成圓片型；
(3)抽真空:在抽真空之前，先檢查排氣閥是否打緊，防止在抽真空的過程中漏氣；啟動控制柜，打開機(jī)械泵，進(jìn)行抽真空；
(4)設(shè)置系統(tǒng):晶體生長采用自動控制稱重系統(tǒng)，采用JPG自動控制軟件，設(shè)定晶體類型的濃度、尺寸、外型、及長度設(shè)定入軟件。產(chǎn)品參數(shù)計(jì)入計(jì)算機(jī)自動控制工藝參數(shù)自動生長;
(5)升溫熔料:在升溫熔料的過程中，根據(jù)原料熔化下塌的情況，緩慢的提升堝位，使得原料均勻融化；
(6)下籽晶:首先根據(jù)爐內(nèi)情況調(diào)整溫度，并進(jìn)行恒溫，同時下降籽晶進(jìn)行預(yù)熱，調(diào)節(jié)晶體轉(zhuǎn)速為15r/min，當(dāng)調(diào)溫恒溫一段時間后，將籽晶搖下與熔體接觸，仔細(xì)觀察并調(diào)整爐溫，恒溫 30-60min ；
(7)引晶:開啟提拉電源，調(diào)拉速為1.0-2.0mm/h ；
(8)放肩:在放肩的過程中，程控一般為負(fù)值,隨著放肩的直徑變大,程控值也加大,直到開始轉(zhuǎn)肩。放肩到Φ20ι?πι時,拉速以每小時0.1mm下調(diào)到lmm/h ； (9)拉伸:當(dāng)生長長度達(dá)到70mm時。拉速由1.5-2.5mm/h以每小時降低0.1mm降至
1.5mm/h,根據(jù)工藝要求,確定所要拉的長度；
(10)停爐:結(jié)束生長時，人工提起晶體使其脫離液面，然后停拉緩慢退火至室溫，退火時間為20-40h。
[0005]步驟4具體為:啟動控制柜，打開機(jī)械泵，將三通閥門緩慢拉開，真空度達(dá)到-0.06MPa時，完全打開三通閥門，等5-10分鐘開啟真空測量儀，當(dāng)15Pa時，關(guān)閉三通閥門，打開循環(huán)水，開啟擴(kuò)散泵，打開擋板閥；當(dāng)真空度達(dá)到1-0.1Pa時，記錄真空值，進(jìn)行預(yù)加熱。先開啟加熱電源，手動升OP值，使電流電壓表有啟動，再設(shè)置Prl為3600uv/h，PLl為3mv,繼續(xù)抽真空。
[0006]步驟6具體為:當(dāng)原料塌平于堝時，升至平晶堝位，繼續(xù)觀察化料情況，并根據(jù)化料情況緩慢提升堝位，當(dāng)堝內(nèi)浮塊小于O20mm時，升至引晶堝內(nèi)，并放氣到20KPa ;升至引晶堝位后，緩慢調(diào)整溫度變化，調(diào)溫至浮塊剛好熔完，恒溫均化。
[0007]所述熔爐內(nèi)充入氬氣氣體，熔爐采用石墨電阻加熱。
[0008]所述摻釹三硼酸鈣氧釔晶體在鑰坩堝中生長。
[0009]Nd3+摻雜濃度 X 是 0.001-0.25at.。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用采用石墨電阻加熱生長晶體避免使用價(jià)格昂貴的銥金，坩堝保溫材料價(jià)格低，同樣的設(shè)備投資只有銥坩堝設(shè)備20-25%左右，減少了投資，降低了成本，保溫采用鑰材料，其特點(diǎn)是在特殊的生長氣氛下能夠重復(fù)使用周期一年左右，節(jié)約了晶體的生長周期和降低了成本。本發(fā)明實(shí)施的過程中，采用本發(fā)明的晶體生長新工藝不僅提高的生產(chǎn)產(chǎn)能，而且降低了生產(chǎn)的成本，做到在生產(chǎn)的過程中無污染、無輻射、無噪音。生產(chǎn)工藝填補(bǔ)了國內(nèi)的空白，為激光晶體生長行業(yè)的發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
[0011](四)【具體實(shí)施方式】實(shí)施例1:
包括如下步驟:
(1)原料制備:按照硼酸鈣氧鹽的化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量比稱取原料500g，將原料摻釹(Nd3+)硼酸鈣氧釔NdxYl-xCa40(B03)3，其中x=0.001 ;通過硅鑰馬弗爐燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1400攝氏度，并恒溫30個小時，去除潮氣及其他礦物雜質(zhì)；
(2)壓制成型:將上述配好的原料經(jīng)過自動混料機(jī)混料后，通過壓制機(jī)壓成圓片型；
(3)抽真空:在抽真空之前，先檢查排氣閥是否打緊，防止在抽真空的過程中漏氣；啟動控制柜，打開機(jī)械泵，進(jìn)行抽真空；
(4)設(shè)置系統(tǒng):晶體生長采用自動控制稱重系統(tǒng)，采用JPG自動控制軟件，設(shè)定晶體類型的濃度、尺寸、外型、及長度設(shè)定入軟件。產(chǎn)品參數(shù)計(jì)入計(jì)算機(jī)自動控制工藝參數(shù)自動生長;
(5)升溫熔料:在升溫熔料的過程中，根據(jù)原料熔化下塌的情況，緩慢的提升堝位，使得原料均勻融化；
(6)下籽晶:首先根據(jù)爐內(nèi)情況調(diào)整溫度，并進(jìn)行恒溫，同時下降籽晶進(jìn)行預(yù)熱，調(diào)節(jié)晶體轉(zhuǎn)速為15r/min，當(dāng)調(diào)溫恒溫一段時間后，將籽晶搖下與熔體接觸，仔細(xì)觀察并調(diào)整爐溫，恒溫 30-60min ；
(7)引晶:開啟提拉電源，調(diào)拉速為1.0mm/h ； (8)放肩:在放肩的過程中，程控一般為負(fù)值,隨著放肩的直徑變大,程控值也加大,直到開始轉(zhuǎn)肩。放肩到Φ20ι?πι時,拉速以每小時0.1mm下調(diào)到lmm/h ；
(9)拉伸:當(dāng)生長長度達(dá)到70mm時。拉速由1.5mm/h以每小時降低0.1mm降至1.5mm/h，根據(jù)工藝要求，確定所要拉的長度；
(10)停爐:結(jié)束生長時，人工提起晶體使其脫離液面，然后停拉緩慢退火至室溫，退火時間為20h。
[0012]實(shí)施例2:
包括如下步驟:
(1)原料制備:按照硼酸鈣氧鹽的化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量比稱取原料500g，將原料摻釹(Nd3+)硼酸鈣氧釔NdxYl-xCa40(B03)3，其中x=0.25，通過硅鑰馬弗爐燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1500攝氏度，并恒溫30個小時，去除潮氣及其他礦物雜質(zhì)；
(2)壓制成型:將上述配好的原料經(jīng)過自動混料機(jī)混料后，通過壓制機(jī)壓成圓片型；
(3)抽真空:在抽真空之前，先檢查排氣閥是否打緊，防止在抽真空的過程中漏氣；啟動控制柜，打開機(jī)械泵，進(jìn)行抽真空；
(4)設(shè)置系統(tǒng):晶體生長采用自動控制稱重系統(tǒng)，采用JPG自動控制軟件，設(shè)定晶體類型的濃度、尺寸、外型、及長度設(shè)定入軟件。產(chǎn)品參數(shù)計(jì)入計(jì)算機(jī)自動控制工藝參數(shù)自動生長;
(5)升溫熔料:在升溫熔料的過程中，根據(jù)原料熔化下塌的情況，緩慢的提升堝位，使得原料均勻融化；
(6)下籽晶:首先根據(jù)爐內(nèi)情況調(diào)整溫度，并進(jìn)行恒溫，同時下降籽晶進(jìn)行預(yù)熱，調(diào)節(jié)晶體轉(zhuǎn)速為15r/min，當(dāng)調(diào)溫恒溫一段時間后，將籽晶搖下與熔體接觸，仔細(xì)觀察并調(diào)整爐溫，恒溫 30-60min ；
(7)引晶:開啟提拉電源，調(diào)拉速為，2.0mm/h ；
(8)放肩:在放肩的過程中，程控一般為負(fù)值,隨著放肩的直徑變大,程控值也加大,直到開始轉(zhuǎn)肩。放肩到Φ20ι?πι時,拉速以每小時0.1mm下調(diào)到lmm/h ；
(9)拉伸:當(dāng)生長長度達(dá)到70mm時。拉速由2.5mm/h以每小時降低0.1mm降至1.5mm/h，根據(jù)工藝要求，確定所要拉的長度；
(10)停爐:結(jié)束生長時，人工提起晶體使其脫離液面，然后停拉緩慢退火至室溫，退火時間為40h。
[0013]實(shí)施例3:
包括如下步驟:
(1)原料制備:按照硼酸鈣氧鹽的化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量比稱取原料500g，將原料摻釹(Nd3+)硼酸鈣氧釔NdxYl-xCa40(B03)3，其中x=0.01 ;通過硅鑰馬弗爐燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450攝氏度，并恒溫30個小時，去除潮氣及其他礦物雜質(zhì)；
(2)壓制成型:將上述配好的原料經(jīng)過自動混料機(jī)混料后，通過壓制機(jī)壓成圓片型；
(3)抽真空:在抽真空之前，先檢查排氣閥是否打緊，防止在抽真空的過程中漏氣；啟動控制柜，打開機(jī)械泵，進(jìn)行抽真空；
(4)設(shè)置系統(tǒng):晶體生長采用自動控制稱重系統(tǒng)，采用JPG自動控制軟件，設(shè)定晶體類型的濃度、尺寸、外型、及長度設(shè)定入軟件。產(chǎn)品參數(shù)計(jì)入計(jì)算機(jī)自動控制工藝參數(shù)自動生長;
(5)升溫熔料:在升溫熔料的過程中，根據(jù)原料熔化下塌的情況，緩慢的提升堝位，使得原料均勻融化；
(6)下籽晶:首先根據(jù)爐內(nèi)情況調(diào)整溫度，并進(jìn)行恒溫，同時下降籽晶進(jìn)行預(yù)熱，調(diào)節(jié)晶體轉(zhuǎn)速為15r/min，當(dāng)調(diào)溫恒溫一段時間后，將籽晶搖下與熔體接觸，仔細(xì)觀察并調(diào)整爐溫，恒溫 30-60min ；
(7)引晶:開啟提拉電源，調(diào)拉速為1.5mm/h ；
(8)放肩:在放肩的過程中，程控一般為負(fù)值,隨著放肩的直徑變大,程控值也加大,直到開始轉(zhuǎn)肩。放肩到Φ20ι?πι時,拉速以每小時0.1mm下調(diào)到lmm/h ；
(9)拉伸:當(dāng)生長長度達(dá)到70mm時。拉速由2.2mm/h以每小時降低0.1mm降至1.5mm/h，根據(jù)工藝要求，確定所要拉的長度；
(10)停爐:結(jié)束生長時，人工提起晶體使其脫離液面，然后停拉緩慢退火至室溫，退火時間為30h。
【權(quán)利要求】
1.一種摻釹三硼酸鈣氧釔晶體的生長方法，其特征在于:包括如下步驟:(1)原料制備:按照硼酸鈣氧鹽的化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量比稱取原料，將原料摻釹(Nd3+)硼酸鈣氧釔NdxYl-xCa40(B03)3，通過硅鑰馬弗爐燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1400-1500攝氏度，并恒溫30個小時，去除潮氣及其他礦物雜質(zhì)； (2)壓制成型:將上述配好的原料經(jīng)過自動混料機(jī)混料后，通過壓制機(jī)壓成圓片型； (3)抽真空:在抽真空之前，先檢查排氣閥是否打緊，防止在抽真空的過程中漏氣；啟動控制柜，打開機(jī)械泵，進(jìn)行抽真空； (4)設(shè)置系統(tǒng):晶體生長采用自動控制稱重系統(tǒng)，采用JPG自動控制軟件，設(shè)定晶體類型的濃度、尺寸、外型、及長度設(shè)定入軟件，產(chǎn)品參數(shù)計(jì)入計(jì)算機(jī)自動控制工藝參數(shù)自動生長; (5)升溫熔料:在升溫熔料的過程中，根據(jù)原料熔化下塌的情況，緩慢的提升堝位，使得原料均勻融化； (6)下籽晶:首先根據(jù)爐內(nèi)情況調(diào)整溫度，并進(jìn)行恒溫，同時下降籽晶進(jìn)行預(yù)熱，調(diào)節(jié)晶體轉(zhuǎn)速為15r/min，當(dāng)調(diào)溫恒溫一段時間后，將籽晶搖下與熔體接觸，仔細(xì)觀察并調(diào)整爐溫，恒溫 30-60min ； (7)引晶:開啟提拉電源，調(diào)拉速為1.0-2.0mm/h ； (8)放肩:在放肩的過程中，程控一般為負(fù)值,隨著放肩的直徑變大,程控值也加大，直到開始轉(zhuǎn)肩，放肩到Φ20ι?πι時,拉速以每小時0.1mm下調(diào)到lmm/h ； (9)拉伸:當(dāng)生長長度達(dá)到70mm時，拉速由1.5-2.5mm/h以每小時降低0.1mm降至1.5mm/h,根據(jù)工藝要求，確定所要拉的長度； (10)停爐:結(jié)束生長時，人工提起晶體使其脫離液面，然后停拉緩慢退火至室溫，退火時間為20-40h。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的摻釹三硼酸鈣氧釔晶體的生長方法，其特征在于:步驟4具體為:啟動控制柜，打開機(jī)械泵，將三通閥門緩慢拉開，真空度達(dá)到-0.06MPa時，完全打開三通閥門，等5-10分鐘開啟真空測量儀，當(dāng)15Pa時，關(guān)閉三通閥門，打開循環(huán)水，開啟擴(kuò)散泵，打開擋板閥；當(dāng)真空度達(dá)到1-0.1Pa時，記錄真空值，進(jìn)行預(yù)加熱，先開啟加熱電源，手動升0P值，使電流電壓表有啟動，再設(shè)置Prl為3600uv/h，PL1為3mv，繼續(xù)抽真空。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的摻釹三硼酸鈣氧釔晶體的生長方法，其特征在于:步驟6具體為:當(dāng)原料塌平于堝時，升至平晶堝位，繼續(xù)觀察化料情況，并根據(jù)化料情況緩慢提升堝位，當(dāng)堝內(nèi)浮塊小于Φ 20mm時，升至引晶堝內(nèi)，并放氣到20KPa ;升至引晶堝位后，緩慢調(diào)整溫度變化，調(diào)溫至浮塊剛好熔完，恒溫均化。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的摻釹三硼酸鈣氧釔晶體的生長方法，其特征在于:所述熔爐內(nèi)充入氬氣氣體，熔爐采用石墨電阻加熱。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的摻釹三硼酸鈣氧釔晶體的生長方法，其特征在于:所述摻釹三硼酸鈣氧釔晶體在鑰坩堝中生長。
6.據(jù)權(quán)利要求1所述的摻釹三硼酸鈣氧釔晶體的生長方法，其特征在于:Nd3+摻雜濃度 X 是 0.001—0.25at.。
【文檔編號】C30B15/00GK104451881SQ201410791687
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】侯玉國 申請人:單縣晶瑞光電有限公司