用于生长晶体的全封闭式坩埚制造技术

本实用新型专利技术提供一种用于生长晶体的全封闭式坩埚，所述坩埚的内部空腔设有一片可拆卸的凸面型盖片，所述盖片与所述坩埚的内径适配，且可沿着坩埚内壁上下移动，所述盖片与所述坩埚的底部形成一个全封闭式的腔体。本实用新型专利技术根据坩埚形状，与晶体生长炉温场分布，通过设计一种呈凸面型的石英盖片，与溴化镧石英坩埚构成一种全封闭的生长环境，此种环境隔绝了溴化镧熔体与坩埚上部真空层部分，使熔体四周处于相对平衡的温场环境。另外，通过设计凸面型的石英盖片可以使固液界面呈现微凸界面的形式，有利于晶体内应力的释放。

Full closed crucible for growing crystal

The utility model provides a fully enclosed crucible used for crystal growth, the crucible of the internal cavity provided with a detachable convex type cover plate, the cover plate and the crucible is matched with the inner diameter, and can move along the inner wall of the crucible under the cover sheet and the bottom of the crucible the Department to form a closed cavity. The utility model according to the crucible shape, temperature field distribution and crystal growth, through the design of a type of quartz is convex cover plate to form a full closure of the growth environment and the lanthanum bromide quartz crucible, the isolated lanthanum bromide melt and crucible vacuum upper layer, so that the surrounding melt in the temperature field of the environment relative balance. In addition, the design of the convex surface of the quartz cap can make the solid-liquid interface in the form of a micro convex interface, which is beneficial to the release of the internal stress of the crystal.

【技术实现步骤摘要】
用于生长晶体的全封闭式坩埚
本技术属于稀土材料深加工领域，具体地说，涉及一种用于生长晶体的全封闭式坩埚。
技术介绍
掺铈溴化镧晶体(LaBr3:Ce)自1999年被发现后，由于其优异的闪烁性能掀起了研究的热潮。掺铈溴化镧光输出可达78000Ph/MeV,其衰减时间快达30ns,其密度为5.1g/cm3,对高性能射线的吸收能力明显强于NaI：Tl晶体，且其环境污染的风险远远小于NaI：Tl,因此LaBr3:Ce晶体目前已成为光输出高、衰减快闪烁晶体的代表，该晶体有望全面取代NaI：Tl晶体，从而在医疗仪器、安全检查和油井探测等领域得到广泛使用。但LaBr3:Ce晶体生长困难，组份严重挥发，且非常容易和氧、水反应，晶体非常容易开裂。例如溴化镧沿a轴的热膨胀系数是沿C轴方向的5-6倍，这样在晶体生长和后续的机械切割、抛光过程中极易易开裂和破碎，因此LaBr3:Ce晶体的器件产率很低，大尺寸晶体器件尤为困难，价格也极其昂贵。对于LaBr3:Ce等卤化物晶体一般采用BridgmanMethod(坩埚下降法)生长。其基本原理是通过坩埚和熔体之间的相对移动，形成一定的温度场，为晶体提供生长驱动力，使晶体生长。即将晶体原料放在坩埚中，通过加热装置使高温区的温度略高于熔体的熔点，低温区的温度略低于晶体的凝固点，然后通过下降装置使坩埚缓慢经过具有一定温度梯度的区域:高温区、温度梯度区和低温区。熔体经过温度梯度区开始生长晶体，随着坩埚不断的下降，晶体持续长大。采用高温熔融法生长晶体，晶体生长过程中温度梯度十分重要，因为结晶驱动力是由温度梯度造成的局部过冷来提供的，它是晶体生长工艺极为重要的参数之一。通常采用纵向温度梯度和轴向温度梯度来描述温场，径向温度梯度指温度梯度在径向上的变化率。适合的温度梯度有利于控制晶体的外形，在晶体生长过程中可减小热应力，减少出现组分过冷现象，从而较有效的控制各种缺陷的产生。生长高质量的晶体需要有一个合适且稳定的温度分布，即温场。调整温场的核心是尽量使生长的固液界面形状为平界面。而实际生长过程中平界面的获得及保持都是十分困难的。相比之下，微凸界面的生长界面更有利于晶体生长，因为这有利于抑制缺陷的形成，且有利于杂质从晶体中排除。而若固液界面为凹界面，晶体边缘处首先生长，非常容易形成杂质包裹体，并易将气泡包裹到晶体中，从而诱发缺陷的形成。常规下降法生长中，溴化镧熔体上部与坩埚内真空层直接接触，由于真空的导热系数(0.006W/m·K)与石英的导热系数(10W/m.k)相差很大，导致温场上下不对称，生长的固液界面多呈凹面型，且晶体边缘缺陷较多，晶体的内应力很大，给加工造成很大的困难。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的用于生长晶体的全封闭式坩埚。为了实现本技术目的，本技术提供一种用于生长晶体(特别是用于制备溴化镧晶体)的全封闭式坩埚，所述坩埚的内部空腔设有一片可拆卸的凸面型盖片，所述盖片与所述坩埚的内径适配，且可沿着坩埚内壁上下移动，所述盖片与所述坩埚的底部形成一个全封闭式的腔体(图1)。本技术所述坩埚、盖片的材质为石英，且石英盖片的厚度与坩埚壁厚一致。所述坩埚呈管状结构，且具有尖端底部。本技术所述石英盖片的曲率半径(R)见图2。R＝(D/2)×sin-1(α/2)，其中，D＝坩埚内径长度-1mm，15°≤α≤170°。本技术采用高温熔融法制备溴化镧晶体，利用上述全封闭式坩埚生长晶体，包括以下步骤：1)选用在高温下不被溴化镧熔解的材料作为籽晶，取适量籽晶放入坩埚底部；2)将掺铈溴化镧晶体原料加入上述含有籽晶的坩埚内，然后将盖片加盖于原料上部，并用树脂封住坩埚开口端；3)将封装好的坩埚置于加热炉中，加热熔融，化料完成后保温一段时间，然后逐渐降至室温，即得溴化镧晶体。其中，步骤2)在充高纯氮气的手套箱内操作。前述的方法，步骤1)所述籽晶为石英晶体。前述的方法，步骤2)所述掺铈溴化镧晶体原料由无水溴化镧和无水溴化铈混合而成，其中无水溴化铈的掺杂摩尔比为m，0.0001<m<0.1。前述的方法，步骤3)具体为：将封装好的坩埚置于加热炉中，以50-100℃/h升温至800℃-850℃(优选800℃)，在原料熔化阶段，化料温度不高于石英晶体熔点；化料完成后，保温24h-48h(优选24h)，先采用0.3-0.6℃/h(优选0.3℃/h)的降温速率降温，溴化镧铈熔体在籽晶的作用下，使晶体淘汰出往C轴方向生长的籽晶，继续以0.10-0.15℃/h(优选0.15℃/h)的降温速率降至室温。本技术还提供按照上述方法制备的溴化镧晶体。所述晶体的化学组成为Cex:La(1-x)Br3，其中x是Ce置换La的摩尔比，0.0001<x<0.1。本技术具有以下优点：本技术提供的用于生长晶体的全封闭式坩埚，通过在坩埚的内部空腔设有一片可拆卸的凸面型盖片，所述盖片与所述坩埚的内径适配，且可沿着坩埚内壁上下移动，所述盖片与所述坩埚的底部形成一个全封闭式的腔体。本技术通过设计一种呈凸面型的石英盖片，与溴化镧石英坩埚构成一种全封闭的生长环境，此种环境隔绝了溴化镧熔体与坩埚上部真空层部分，使熔体四周处于相对平衡的温场环境。另外，通过设计凸面型的石英盖片可以使固液界面呈现微凸界面的形式，有利于晶体内应力的释放。在晶体成品率上，一方面由于本技术减小了晶体的应力，使得晶体开裂，包络等缺陷得以减小，晶休的成品率得到显著提高。另一方面，坩埚内的温场比已有技术更加稳定，产品的稳定性得到极大提高。附图说明图1为本技术较佳实施例中用于生长晶体的全封闭式坩埚的剖面图；其中，1-石英坩埚，2-石英盖片，3-封口，4-固液界面。图2为本技术石英盖片的曲率半径示意图。具体实施方式采用高温熔融法制备溴化镧晶体，包括：1、石英盖片的加工。首先加工出与坩埚内径适配的石英块，再将此石英块按不同的曲率半径，加工出不同的凸面盖片。厚度与坩埚壁厚一致。2、原料的封管。先选用在高温下不被溴化镧熔解的材料做为籽晶比如石英晶体，放入石英坩埚尖端底部。再根据通式Cex:La(1-x)Br3，选定合适的x，再按相应的摩尔百分比在手套箱(充高纯氮气)中称取所需的超干无水溴化铈，溴化镧原料，均匀混合后装入特制的石英坩埚中。将加工好的石英盖片，置于原料顶端。用石英块堵住石英坩埚管口，然后用环氧树脂封住石英坩埚管口，将装有原料的石英坩埚取出手套箱，利用氢氧焰将石英坩埚的管口熔化封住。3、晶体生长：封装好的石英管装入生长炉中，使其处于生长炉中间位置，然后将以50-100℃/h升至800℃，在原料熔化阶段，化料温度不高于石英晶体熔点。化料完成后，保温24-48h。采用0.3℃/h的降温速率降温，溴化镧铈熔体在籽晶的作用下，使晶体淘汰出往C轴方向生长的籽晶，继续以0.15℃/h的降温速率降至室温，单晶化完成，晶体生长完毕，最后取出石英坩埚。4、筛选：根据生长出的晶体，根据晶体质量筛选出最适合的石英盖片，筛选时注意晶体末端是否呈明显凸面形。下面通过实施例对本技术进行进一步说明。以下实施例中所使用的原料、试剂和仪器均可以通过购买市售产品的方式获得。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生长晶体的全封闭式坩埚，其特征在于，所述坩埚的内部空腔设有一片可拆卸的凸面型盖片，所述盖片与所述坩埚的内径适配，且可沿着坩埚内壁上下移动，所述盖片与所述坩埚的底部形成一个全封闭式的腔体。

【技术特征摘要】
1.一种用于生长晶体的全封闭式坩埚，其特征在于，所述坩埚的内部空腔设有一片可拆卸的凸面型盖片，所述盖片与所述坩埚的内径适配，且可沿着坩埚内壁上下移动，所述盖片与所述坩埚的底部形成一个全封闭式的腔体。2.根据权利要求1所述的全封闭式坩埚，其特征在于，所述坩埚、盖片的材质为石英，且石英盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏建德，方声浩，张志诚，叶宁，吴少凡，龙西法，
申请(专利权)人：厦门中烁光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：福建,35