一种二氧化碲单晶体的生长方法技术

本发明专利技术提供一种二氧化碲单晶体的生长方法，包括以下步骤：原料预处理、装料密封、加热熔料和晶体生长。本发明专利技术中，采用坩埚旋转加速技术在移动加热炉体中生长多种方向单晶体，得到的晶体在弱氧气氛下退火，可消除晶体内部的残余应力，减少缺陷并均匀组分。根据本发明专利技术提供的方法，得到的二氧化碲单晶体缺陷密度低、纯度高、质量好，且晶体产量高，成本低。

Method for growing two tellurium oxide single crystal

The present invention provides a method for growing two tellurium oxide single crystal, comprising the following steps: raw material pretreatment, charging sealing, heating, melting and crystal growth. In the invention, a variety of single crystal growth in the direction of mobile heating furnace using accelerated crucible rotation technique, the crystal in low oxygen atmosphere annealing can eliminate the residual stress inside the crystal, reduce defects and uniform component. According to the method provided by the invention, the two tellurium oxide single crystal has the advantages of low defect density, high purity, good quality, high crystal yield and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碲单晶体的生长方法
本专利技术属于特殊晶体生长领域，尤其涉及一种二氧化碲单晶体的生长方法。
技术介绍
二氧化碲晶体熔点为733℃，密度为6.0g/cm3，莫氏硬度为4，其具有四方晶系变形金红石结构的结晶形态，D4-442空间点群，晶格参数a=0.481nm，c=0.761nm。该晶体具有双折射性和旋光特性，折射率大，波长589nm处的ne=2.430，n0=2.274；对可见光的透明度高，在波长632.8nm处透过率大于70%，表面镀膜后透过率大于90%；声光性能较好，剪切波声速小、声光优值大，沿[110]方向传播的声速为616m/s，声光优值达到793×10-18s3/g。二氧化碲晶体所制备的调制器、滤波器、偏转器等声光器件，具有大宽带、高分辨率、高效率和器件驱动功率低等优点，在扫描、映像、光谱学、光纤技术以及计量学等领域有着广泛应用。另一方面，由于130Te的自然丰度很高，二氧化碲晶体也具有双β衰变特性，其含有的U、Th等放射性杂质含量在10-13g/g以下时，可以作为大型中微子与暗物质探测项目的核心探测材料。目前，二氧化碲单晶体的生长方法主要有提拉法、坩埚下降法和水热法等。采用提拉法生长二氧化碲单晶体时，能够对生长条件进行精确地控制和调整，径向温度分布均匀，生长速率快，对原料有再提纯的效果，二氧化碲晶体的质量和完整性较高。但是，二氧化碲熔体挥发性较强且挥发物有毒，为避免在晶体生长过程中的挥发，则需要采用高压炉并充入1MPa以上的惰性气体，整体工艺更为复杂。二氧化碲单晶体的解理面是[100]和[010]面，晶体沿这两个方向生长容易开裂，对于提拉法生长圆柱形晶体只能沿[110]和[001]方向，晶体的生长方向受到限制。采用坩埚下降法生长二氧化碲单晶体时，对所用坩埚进行了密封，组分挥发少，固液界面也相对稳定，工艺操作简单，生产效率和成品率较高，能够生长出大尺寸二氧化碲晶体。但是坩埚下降法存在径向温度分布不均匀，缺乏进一步的提纯效果，对原料纯度和坩埚内表面光洁度要求高等缺点，晶体质量很难以进一步提高。采用水热法生长二氧化碲单晶体时，利用不同的物理化学条件，使液相体系达到合适的过饱和状态而结晶，属于自由体系生长。优点有溶液粘度低、生长温度低和温度梯度小等，缺点是晶体尺寸小，生长速度慢。目前二氧化碲单晶体的生长方法均存在一定的问题，需要一种应用于二氧化碲单晶体的新方法，生长高质量的单晶体。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种易于实现程序控制、加快生长速度、显著提高晶体质量的二氧化碲单晶体生长的方法。为实现前述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种二氧化碲单晶体的生长方法，其包括如下步骤：S1：原料预处理：将高纯二氧化碲粉末焙烧后进行压块；S2：装料密封：先将籽晶装入坩埚底部，再将块状二氧化碲置于籽晶上面，密封坩埚，将坩埚置于移动加热器内；S3：加热熔料：开启加热程序，同时启动坩埚加速旋转系统，调整加热器炉体的位置；S4：晶体生长：熔料结束后，继续保持坩埚加速旋转和加热温度不变，使加热器炉体开始上升，上升结束后，降温至室温，取出二氧化碲单晶体，进行气氛退火。作为本专利技术的进一步改进，根据权利要求1所述的一种二氧化碲单晶体的生长方法，其特征在于，所述S3中加热程序具体为：高温区温度为770~830℃，低温区温度比高温区低150~300℃，升温速率为90~180℃/h，保温15~30h，升温温度梯度和降温温度梯度均为15~30℃/cm。作为本专利技术的进一步改进，所述S3中调整加热器炉体的位置具体为：将二氧化碲物料与籽晶的接触面和加热器炉体温度为733℃的位置相对应。作为本专利技术的进一步改进，所述S3中坩埚加速旋转系统，施加的波形为梯形波，最大转速15~25r/min，加速时间4~8s，平台时间4~16s，减速时间4~16s，所述梯形波为单向波或双向波中的任意一种。作为本专利技术的进一步改进，所述S4中加热器炉体上升的速率为0.6~1.5mm/h。作为本专利技术的进一步改进，所述S2中所选籽晶为可沿[110]、[001]、[100]或[010]方向中任一方向生长的籽晶。作为本专利技术的进一步改进，所述S2中，密封坩埚，将坩埚置于移动加热器内支撑杆上的套筒中；所述的支撑杆为氧化铝材质，套筒为石英材质。作为本专利技术的进一步改进，所述S1：将二氧化碲粉末在300~450℃焙烧6~10h，在压力为100~400MPa、温度为20~200℃的条件下，将焙烧后的二氧化碲粉料压制成块状料饼。作为本专利技术的进一步改进，所述S4中所述气氛退火，具体为在混合气氛中，将二氧化碲单晶体加热至450~700℃，升温速率为40~80℃/h，保温10~24h后降温至室温，降温速率为20~40℃/h。作为本专利技术的进一步改进，所述混合气氛为惰性气体和氧气的混合气体，其中氧气体积为混合气体体积的0.5~5%。本专利技术提供的方法，减少二氧化碲晶体生长界面不稳定，进一步提纯晶体，得到缺陷密度低、纯度高、质量好的二氧化碲晶体。同时，本专利技术能够生长不同方向和不同尺寸的二氧化碲晶体，产量高，成本低。附图说明图1为加热器炉体内部温度分布的纵向切面示意图。其中，1为物料填充区、2为移动加热器、21为加热器炉体、3为坩埚、4为高温加热区、5为套筒、6为支撑杆。图2-1至图2-4分别为实施例1~4中坩埚旋转加速技术所用到的梯形波。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术采用如下技术方案：一种二氧化碲单晶体的生长方法，包括如下步骤：S1：原料预处理：将高纯二氧化碲粉末焙烧后进行压块；S2：装料密封：先将籽晶装入坩埚底部，再将块状二氧化碲置于籽晶上面，密封坩埚，将坩埚置于移动加热器内；S3：加热熔料：开启加热程序，同时启动坩埚加速旋转系统，调整加热器炉体的位置；S4：晶体生长：熔料结束后，继续保持坩埚加速旋转和加热温度不变，使加热器炉体开始上升，上升结束后，降温至室温，取出二氧化碲单晶体，进行气氛退火。本专利技术中，先将高纯二氧化碲粉末进行焙烧压制。所述焙烧具体过程为将高纯二氧化碲粉末在300~450℃焙烧6~10h，以除去原料中的水分和低温挥发物；所述压制具体过程为：将焙烧后的二氧化碲粉料在压力为100~400MPa、温度为20~200℃条件压制成块状料饼；所压制的形状可根据需求选择，本专利技术提供的实施例中，均选用压制成圆柱形料饼。所述高纯二氧化碲的纯度在4N以上。在本专利技术提供的实施例1中，二氧化碲纯度为4N；在本专利技术提供的实施例2和实施例4中，二氧化碲纯度为5N；在本专利技术提供的实施例3中，二氧化碲纯度为6N。本专利技术中，先将籽晶转入所需形状的坩埚3内，再将圆柱形二氧化碲料饼置于籽晶上方。所述籽晶为可沿[110]、[001]、[100]或[010]方向中任一方向生长的籽晶，所述坩埚3为铂坩埚或石英坩埚中的任意一种；在本专利技术提供的实施例1中，选用[001]方向的籽晶；在专利技术提供的实施例2中，选用[100]方向的籽晶；在专利技术提供的实施例3中，选用[110]方向的籽晶；在发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化碲单晶体的生长方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：原料预处理：将高纯二氧化碲粉末焙烧后进行压块；S2：装料密封：先将籽晶装入坩埚底部，再将块状二氧化碲置于籽晶上面，密封坩埚，将坩埚置于移动加热器内；S3：加热熔料：开启加热程序，同时启动坩埚加速旋转系统，调整加热器炉体的位置；S4：晶体生长：熔料结束后，继续保持坩埚加速旋转和加热温度不变，使加热器炉体开始上升，上升结束后，降温至室温，取出二氧化碲单晶体，进行气氛退火。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碲单晶体的生长方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：原料预处理：将高纯二氧化碲粉末焙烧后进行压块；S2：装料密封：先将籽晶装入坩埚底部，再将块状二氧化碲置于籽晶上面，密封坩埚，将坩埚置于移动加热器内；S3：加热熔料：开启加热程序，同时启动坩埚加速旋转系统，调整加热器炉体的位置；S4：晶体生长：熔料结束后，继续保持坩埚加速旋转和加热温度不变，使加热器炉体开始上升，上升结束后，降温至室温，取出二氧化碲单晶体，进行气氛退火。2.根据权利要求1所述的一种二氧化碲单晶体的生长方法，其特征在于，所述S3中加热程序具体为：高温区温度为770~830℃，低温区温度比高温区低150~300℃，升温速率为90~180℃/h，保温15~30h，升温温度梯度和降温温度梯度均为15~30℃/cm。3.根据权利要求1所述的一种二氧化碲单晶体的生长方法，其特征在于，所述S3中调整加热器炉体的位置具体为：将二氧化碲物料与籽晶的接触面和加热器炉体温度为733℃的位置相对应。4.根据权利要求1所述的一种二氧化碲单晶体的生长方法，其特征在于，所述S3中坩埚加速旋转系统，施加的波形为梯形波，最大转速15~25r/min，加速时间4~8s，平台时间4~16s，减速时间4~16s，所述梯形波为单...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘运连，朱刘，狄聚青，
申请(专利权)人：广东先导稀材股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44