溫度梯度法
溫度梯度法(Temperature gradient technique, TGT) 溫度梯度法是由我國中國科學院上海光學精密機械研究所周永宗等人於
1980年首先實現的一種以定向籽晶誘導單晶生長的垂直溫度梯度法。溫度梯度
法是以定向籽晶誘導的熔體單結晶方法。包括放置在簡單鐘罩式真空電阻爐內的
坩堝、發熱體和屏蔽裝置，圖14是裝置簡圖。本裝置採用镅坩堝、石墨發熱體。
坩堝底部中心有一籽晶槽，避免耔晶在化料時被熔化掉。為了增加坩堝穩定性，
籽晶槽固定在定位棒的圓形凹槽內。溫場由石墨發熱體和冷卻裝置共同提供。發
熱體為被上下槽割成矩形波狀的板條通電迴路的圓筒，整個圓筒安裝在與水冷電
極相連的石墨電極板上。板條上半部按一定規律打孔，以調節發熱電阻使其通電
後自上而下造成近乎線性溫差。而發熱體下半部溫差通過石墨發熱體與水冷電極
板的傳導來創造。籽晶附近的溫場還要依靠與水冷坩堝桿的熱傳導共同提供。
溫度梯度法裝置示意圖 。
該方法主要特點：
1)晶體生長時溫度梯度與重力方向相反，並且坩堝、晶體和加熱體都不移動，晶體生長界面穩定、無機械擾動、浮力對流小；
2)晶體生長以後，由熔體包圍，仍處於熱區，可精確控制其冷卻速率，減小熱應力；
3)晶體生長時，固液界面處於熔體包圍之中，熱擾動在到達固液界面之前可以被減小乃至排除，界面上可獲得均勻的溫度梯度；
4)生長更大尺寸的晶體時，難於創造良好的溫場環境，晶體易炸裂；
5)晶體坯料需要分別進行高溫氧化、還原氣氛的退火處理，坯料的後續處理工藝比較複雜。
周永宗等用該方法先後生長出了直徑為￠100mm、￠110mm、￠120mm的高品
質藍寶石晶體。溫度梯度法生長的藍寶石晶體，晶體在不同部位呈現不同顏色，
一般上部為淺紅色，尾部為淺黃綠色。將晶體依次經過氧化氣氛、還原氣氛高溫
退火之後，晶體變成無色、透明，晶體的完整性、光學透過率和光學均勻性顯著
提高。晶體生長設備及退火前與退火後的晶體如圖所示。
1.隔熱板；
2. 熱元件；
3. 坩堝；
4. 石墨電極；
5. 水冷管
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