一种蒸气平衡生长BaGa2GeSe6单晶的方法技术

本发明专利技术公开一种蒸气平衡生长BaGa2GeSe6单晶的方法，包括以下步骤：按BaGa2GeSe6化学计量比分别称取Ba、Ga、Ge和Se单质，合成多晶原料；将所述多晶原料在研钵中磨碎并搅拌均匀，装入生长坩埚，抽真空密封。将生长坩埚放入竖式生长炉中，将高温区和梯度区温度升至930

【技术实现步骤摘要】
一种蒸气平衡生长BaGa2GeSe6单晶的方法


[0001]本专利技术涉及一种蒸气平衡生长BaGa2GeSe6单晶的方法，是一种红外非线性晶体 BaGa2GeSe6的生长方法，属于无机非金属晶体生长


技术介绍

[0002]3‑
5，8
‑
14μm波段是两个重要的“大气窗口”，同时覆盖了多种分子的吸收特征指纹 (Fingerprint)谱线。该波段激光在环境监测、医疗诊断以及红外对抗等领域均有重要应用。通过光学非线性频率变换技术(倍频SHG、和频SFG、差频DFG、参量振荡OPO 等)可以输出中长波红外激光，其中红外非线性晶体是核心部件。
[0003]BaGa2GeSe6(硒锗镓钡，简写BGGSe)是一种新型的红外非线性晶体。它具有(1)透光波段宽(0.54μm
‑
18μm)；(2)非线性系数大(66pm/v，接近ZGP 75pm/v)；(3)抗损伤阈值高(ZGP晶体1.8倍，100ns，10.6μm)；(4)熔点低(877℃)；(5)双折射适宜(0.08
‑
0.11，满足相位匹配)等优点。同时它还可采用1.06μm Nd:YAG激光泵浦输出中长波红外激光，是一种综合性能优异的新型红外非线性晶体。
[0004]国内外关于该晶体的制备目前尚处起步阶段，生长方法还在探索之中。例如，俄罗斯探索采用布里奇曼技术生长BGGSe单晶，加工长度9.33mm晶体元件，通过 BGGSe
‑
OPO，实现4.4
‑
13μm中长波红外激光输出，最大脉冲能量为750μJ。但晶体尺寸和光学品质有待提高。国内方面，姚吉勇等探索改进籽晶形状的方式生长BGGSe单晶，目前尚未见晶体元件加工和激光变频实验方面的报道。
[0005]常规方法较难生长BGGSe单晶，主要有以下原因：一方面Se挥发导致总体偏离化学计量比；另一方面Se分凝导致局部富集。采用常规定向籽晶辅助生长，化学计量比籽晶回熔
‑
凝结生长单晶时，熔融籽晶部分出现局部Se组分富集，难以生长出完整单晶。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于：提供一种蒸气平衡生长BaGa2GeSe6单晶的方法。所述方法为一种蒸汽平衡的方式解决晶体生长Se挥发总体偏离和Se分凝局部富集的问题，生长完整 BGGSe单晶。本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供的一种蒸气平衡生长BaGa2GeSe6单晶的方法，所述方法为一种红外非线性BGGSe单晶生长的方法。
[0008]具体技术方案如下：
[0009]一种蒸气平衡生长BaGa2GeSe6单晶的方法，包括以下步骤：
[0010](1)合成坩埚准备：将石英材质的合成坩埚，用去离子水清洗，烘干并内壁镀碳；
[0011](2)单质原料称取：采用单质原料Ba、Ga、Ge和Se，按BaGa2GeSe6化学计量比 1:2:1:6分别称取，并且单质Se另外过量，置入合成坩埚中，其中Se置于低温区一端， Ba、Ga和Ge置于高温区一端；
[0012](3)合成坩埚密封：将合成坩埚接入真空排气台，抽真空，密封，将合成坩埚装入石
英外管内，所述石英外管抽真空，密封，形成双层坩埚；
[0013](4)多晶原料合成：将双层坩埚放入合成炉中；先将低温区从室温升至650
‑
750℃并恒温，同时将高温区从室温升至900
‑
1000℃，并恒温；然后将低温区升至920
‑
1020℃；高低温区共同恒温2
‑
4小时，然后同步降温至室温，得到多晶原料；
[0014](5)生长坩埚准备：将石英坩埚，去离子水清洗，烘干并内壁镀碳，作为生长坩埚；生长坩埚底部带有晶袋；
[0015](6)生长坩埚装料：将所述多晶原料从合成坩埚中取出，在研钵中磨碎并搅拌均匀，装入生长坩埚；
[0016](7)生长管密封：准备一支比生长坩埚直径大的石英外管，去离子水清洗、烘干，准备一支石英支撑管，其中支撑管开有多个通气孔，将Se单质放置支撑管底部，将支撑管放入石英外管内，将生长坩埚置于支撑管上，石英外管接入真空排气台，抽真空，氢氧焰密封，完成生长管制作；
[0017](8)单晶生长：将生长管放入竖式单晶生长炉中，以将高温区和梯度区温度升至 930
‑
960℃，低温区温度升至430
‑
520℃；调节高温区、梯度区温度以及生长坩埚位置，使梯度区温度保持10
‑
20℃/cm，恒温浸泡；采用坩埚下降方式进行单晶生长；
[0018](9)降温冷却：晶体生长完成后，整炉冷却；完成后取出晶棒。
[0019]进一步地，步骤(1)中，合成坩埚准备。尺寸：φ(10
‑
30)
×
(400
‑
600)mm3，石英材质，去离子水清洗，烘干并内壁镀碳。
[0020]进一步地，步骤(2)中，单质原料称取。采用高纯单质Ba，Ga，Ge，Se元素，按化学计量比1:2:1:6称60
‑
300g，并富Se 0.2～0.5mol％，置入合成坩埚，其中Se置于低温区一端，Ba、Ga和Ge置于高温区一端(图1(b))。
[0021]进一步地，步骤(3)中，合成坩埚密封。将合成坩埚接入真空排气台，抽真空，氢氧焰密封。将合成坩埚装入更大直径石英外管。外管抽真空，氢氧焰密封。
[0022]进一步地，步骤(4)中，多晶原料合成。将双层坩埚放入双温区合成炉中(见图1 (a))。两个温区分别为：低温区和高温区。先将低温区以50～100℃/h从室温升至650
‑
750℃并恒温，同时将高温区以50～100℃/h从室温升至900
‑
1000℃，并恒温。将低温区以100～200℃/h升至920
‑
1020℃；高低温区共同恒温2
‑
4小时，然后以50～100℃/h 同步降温至室温。
[0023]进一步地，步骤(5)中，生长坩埚准备。尺寸：φ(10
‑
30)
×
(300
‑
400)mm3，石英材质，去离子水清洗，烘干并内壁镀碳。生长坩埚底部带有晶袋，内径φ(5
‑
10)mm。
[0024]进一步地，步骤(6)中，生长坩埚装料。将合成多晶原料从合成坩埚中取出，在研钵中磨碎并搅拌均匀，装入生长坩埚。
[0025]进一步地，步骤(7)中，生长管密封。准备一支比生长坩埚直径稍大的石英外管，去离子水清洗、烘干。准备一支石英支撑管，其中支撑管开有多个通气孔。将10
‑
15g 的少量Se单质放置支撑管底部，将支撑管放入石英外管内。将生长坩埚置于支撑管上 (见图3(b))。石英外管接入真空排气台，抽真空，氢氧焰密封。
[0026]进一步地，步骤(8)中，单晶生长。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蒸气平衡生长BaGa2GeSe6单晶的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)合成坩埚准备：将石英材质的合成坩埚，用去离子水清洗，烘干并内壁镀碳；(2)单质原料称取：采用单质原料Ba、Ga、Ge和Se，按BaGa2GeSe6化学计量比1:2:1:6分别称取，并且单质Se另外过量，置入合成坩埚中，其中Se置于低温区一端，Ba、Ga和Ge置于高温区一端；(3)合成坩埚密封：将合成坩埚接入真空排气台，抽真空，密封，将合成坩埚装入石英外管内，所述石英外管抽真空，密封，形成双层坩埚；(4)多晶原料合成：将双层坩埚放入合成炉中，先将低温区从室温升至650
‑
750℃并恒温，同时将高温区从室温升至900
‑
1000℃，并恒温；然后将低温区升至920
‑
1020℃；高低温区共同恒温2
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4小时，然后同步降温至室温，得到多晶原料；(5)生长坩埚准备：将石英坩埚，去离子水清洗，烘干并内壁镀碳，作为生长坩埚，生长坩埚底部带有晶袋；(6)生长坩埚装料：将所述多晶原料从合成坩埚中取出，在研钵中磨碎并搅拌均匀，装入生长坩埚；(7)生长管密封：准备一支比生长坩埚直径大的石英外管，去离子水清洗、烘干，准备一支石英支撑管，其中支撑管开有多个通气孔，将Se单质放置支撑管底部，将支撑管放入石英外管内，将生长坩埚置于支撑管上，石英外管接入真空排气台，抽真空，氢氧焰密封，得到生长管；(8)单晶生长：将生长管放入竖式单晶生长炉中，将高温区和梯度区温度升至930
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960℃，低温区温度升至430
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520℃；调节高温区、梯度区温度以及生长坩埚位置，使梯度区温度保持10<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振友，吴海信，毛明生，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：