一种中远红外晶体LiGaGe2Se6多晶原料合成方法及其单晶体生长方法，它涉及中远红外激光材料制备技术。它是要解决现有技术中8～10μm的远红外波段缺乏合适的频率转换材料的技术问题，本方法如下：单质硒放置于石英管底部，镓、锗和锂放置于圆底PBN坩埚中，并将坩埚放入石英管中，石英管经抽真空、熔封后放入倾斜旋转电阻炉中。电阻炉经加热、保温、降温、冷却熔融，获得LiGaGe2Se6多晶原料。再采用水冷式垂直三温区单晶生长炉，利用LiGaGe2Se6多晶原料生长LiGaGe2Se6单晶，生长过程中加入适量抑制剂抑制LiGaGe2Se6的分解，本发明专利技术的LiGaGe2Se6晶体可用于中、远红外激光领域。远红外激光领域。远红外激光领域。
【技术实现步骤摘要】
一种中远红外晶体LiGaGe2Se6多晶原料合成方法及其单晶体生长方法
[0001]本专利技术涉及中远红外晶体的多晶原料及其单晶体的生长方法，属于中远红外激光材料制备
技术介绍
[0002]中、远红外激光，特别是3～5μm和8～10μm波段，在国防和民用领域都有非常突出和迫切的需求。在现有技术中，3～5μm的中红外波段ZnGeP2晶体基本能满足国家对军用领域和民用领域的战略需求，而在8～10μm的远红外波段仍缺乏合适的频率转换材料。
技术实现思路
[0003]本专利技术是要解决现有技术中8～10μm的远红外波段缺乏合适的频率转换材料的技术问题，而提供一种中远红外晶体LiGaGe2Se6多晶原料合成方法及其单晶体的生长方法。
[0004]本专利技术的中远红外晶体LiGaGe2Se6多晶原料的合成方法，按以下步骤进行：
[0005]一、分别称取单质锂、镓、锗和硒，将单质硒放置于石英管底部，镓、锗和锂放置于圆底PBN坩埚中，并将坩埚放入石英管中，压住单质硒；
[0006]二、将步骤一中的石英管抽真空至10
‑5Pa以下，用氢氧火焰熔封石英管，然后将石英管放入倾斜旋转电阻炉中；
[0007]三、将步骤二中的电阻炉按100～110℃/h的速度升温至220～230℃，并保温24～26h；本步骤中的目标产物为合金LiGa，化学反应：Li+Ga＝LiGa；
[0008]四、再按50～55℃/h升温至750～760℃，并保温20～22h，同时使炉体按逆时针转动；本步骤中发生的化学反应：Ge+2Se＝GeSe2；
[0009]五、再按20～25℃/h升温至900～910℃，并保温20～24h，同时使炉体按逆时针转动；本步骤中发生的化学反应：LiGa+2GeSe2+2Se＝LiGaGe2Se6；
[0010]六、按50～60℃/h降温至650～660℃，并保温10～12h，使熔融态LiGaGe2Se6快速冷却凝固，最后按100～110℃/h降温至室温，得到LiGaGe2Se6多晶原料。
[0011]更进一步地，步骤一中的单质锂、镓、锗和硒按Li：Ga：Ge：Se＝1.1：1：2.1：6.3 的摩尔比分别称取；其中，为补偿合成过程中锂、锗和硒的挥发损失，锂、锗和硒所称取的量是分别过量10％、5％和5％的；
[0012]更进一步地，步骤四中的炉体转速为1～1.5rpm。
[0013]更进一步地，步骤五中的炉体转速为1～1.5rpm。
[0014]利用上述制备的中远红外晶体LiGaGe2Se6多晶原料，生长中远红外晶体LiGaGe2Se6单晶体的方法，采用水冷式垂直三温区单晶生长炉，具体的步骤如下：
[0015]一、用王水浸泡生长用石英管和盛装多晶原料的PBN坩埚，然后用超纯水清洗，烘干；
[0016]二、将LiGaGe2Se6多晶加入到PBN坩埚中，将抑制剂放于生长用石英管底部，将 PBN
坩埚竖直放在生长用石英管中，将石英管抽真空至10
‑4Pa以下，最后用氢氧火焰熔封石英管；本步骤中加入抑制剂的目的是为了补偿LiGaGe2Se6晶体在高于熔点以上时挥发出的GeSe2损失；
[0017]三、将熔封的石英管放入水冷式垂直三温区单晶生长炉中；PBN坩埚的底端位于梯度区的起始位置；
[0018]四、首先采用50～60℃/h升温速率使高温区温度升高至760～770℃，低温区温度升高至600～620℃，梯度区通过冷却水系统使其温度梯度保持为10～22℃/cm，并保温20～24h；然后生长用石英管以0.4～0.5mm/h下降速率由高温区下降至低温区，使熔体全部凝固，生长用石英管下降过程中，高温区、梯度区和低温区温度保持恒定；最后再以30～40℃/h 速率将整个电阻炉的温度降至室温，得到LiGaGe2Se6单晶体。
[0019]更进一步地，步骤一中PBN坩埚为带有籽晶阱的圆柱形管，PBN坩埚长度30cm，内径2cm，前端的籽晶阱的内径5mm，长度3cm。
[0020]更进一步地，步骤二中所述的抑制剂为GeSe2多晶或者单质Ge和单质Se按摩尔比为1:2的混合物。
[0021]更进一步地，步骤三中水冷式垂直三温区单晶生长炉中高温区的长度为20cm，为晶体熔化区域。高温区温度不宜过高，否则熔体过热导致成分挥发，偏离化学计量比，温度设置为熔点以上18
‑
25℃，并保持温度平稳。梯度区的长度为10cm，为了能快速冷却，加大温度梯度，采用循环水冷却。低温区的长度为20cm，低温区的温度仍需保持温度稳定，过大的温度梯度会增加内部热应力，甚至产生裂纹。
[0022]LiGaGe2Se6晶体兼具有大的理论非线性光学系数(18.6pm/V)、宽的透过波段(0.57
‑
14.4μm)、大的带隙(2.64eV)、适中的双折射率(Δn＝0.04，λ>1μm)等特性，是一综合性能优异的新型中、远红外波段非线性材料。其在8～12μm处的光吸收较小，非常适合8～10μm的远红外激光输出。
[0023]LiGaGe2Se6作为宽禁带半导体的含6Li的硒化物单晶材料，具有适中的带隙值，高的电阻，高的载流子迁移率寿命及优异的物理化学特性，有望成为新一代热中子探测材料。
附图说明
[0024]图1是实施例1制备的LiGaGe2Se6多晶原料的照片；
[0025]图2是实施例1制备的LiGaGe2Se6多晶的XRD谱图；
[0026]图3是实施例1中水冷式垂直三温区单晶生长炉的结构示意图；
[0027]图4是实施例1生长用石英管和坩埚照片。
具体实施方式
[0028]实施例1：本实施例的中远红外晶体LiGaGe2Se6多晶原料的合成方法，按以下步骤进行：
[0029]一、分别称取1.6克单质锂、13.9克单质镓、30.5克单质锗和99.5克单质硒，将单质硒放置于石英管底部，镓、锗和锂放置于圆底PBN坩埚中，并将坩埚放入石英管中，压住单质硒；
[0030]二、将步骤一中的石英管抽真空至10
‑5Pa，用氢氧火焰熔封石英管，然后将石英管
放入倾斜旋转电阻炉中；
[0031]三、按100℃/h升温至220℃，并保温24h；本步骤中的目标产物为合金LiGa，化学反应：Li+Ga＝LiGa；
[0032]四、再按50℃/h升温至750℃，并保温20h，同时使炉体按逆时针转动，转速1rpm；
[0033]五、再按20℃/h升温至900℃，并保温20h，同时使炉体按逆时针转动，转速1rpm；
[0034]六、按50℃/h降温至650℃，并保温10h，使熔融态LiGaGe2Se6快速冷却凝固，最后按100℃/h降温至室温，得到LiGaGe2Se6多晶原料。
[0035]本实施例得到的LiGaGe2Se6多晶原料的照片如图1所示。LiGaGe2Se6多晶原料为棕红色，表面光本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种中远红外晶体LiGaGe2Se6多晶原料的合成方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、分别称取单质锂、镓、锗和硒，将单质硒放置于石英管底部，镓、锗和锂放置于圆底PBN坩埚中，并将坩埚放入石英管中，压住单质硒；二、将步骤一中的石英管抽真空至10
‑5Pa以下，用氢氧火焰熔封石英管，然后将石英管放入倾斜旋转电阻炉中；三、将步骤二中的电阻炉按100～110℃/h的速度升温至220～230℃，并保温24～26h；四、再按50～55℃/h升温至750～760℃，并保温20～22h，同时使炉体按逆时针转动；五、再按20～25℃/h升温至900～910℃，并保温20～24h，同时使炉体按逆时针转动；六、按50～60℃/h降温至650～660℃，并保温10～12h，使熔融态LiGaGe2Se6快速冷却凝固，最后按100～110℃/h降温至室温，得到LiGaGe2Se6多晶原料。2.根据权利要求1所述的一种中远红外晶体LiGaGe2Se6多晶原料的合成方法，其特征在于步骤一中的单质锂、镓、锗和硒按Li：Ga：Ge：Se＝1.1：1：2.1：6.3的摩尔比分别称取。3.根据权利要求1或2所述的一种中远红外晶体LiGaGe2Se6多晶原料的合成方法，其特征在于步骤四中的炉体转速为1～1.5rpm。4.根据权利要求1或2所述的一种中远红外晶体LiGaGe2Se6多晶原料的合成方法，其特征在于步骤五中的炉体转速为1～1.5rpm。5.利用权利要求1制备的中远红外晶体LiGaGe2Se6多晶原料生长中远红外晶体LiGaGe2Se6单晶体的方法，采用水冷式垂直三温区单晶生长...
【专利技术属性】
技术研发人员：马天慧，张晓萌，李兆清，刘英，张红晨，林鹏，
申请(专利权)人：黑龙江工程学院，
类型：发明
国别省市：
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