（材料物理与化学专业论文）teo2晶体生长与特性研究.pdf

上海大学砸十研究生学位论文 摘要 二氧化碲( t e 0 2 ) 晶体作为一利t 性能优良的声光晶体材料广泛应用于声光偏 转器、声光调制器和声光滤波器等各类声光器件，是目前在可见光、近红外和中 红外光谱区优先选用的声光介质材料，特别是在光信息处理领域有着广阔的应用 前景。和坩埚下降法相比，提拉法生长工艺有着避一步提高晶体质量的潜力。因 此，研究提拉法生长t e o ：晶体有着十分重要的意义。 本论文的主要目的是通过改变提拉法生长t e 0 2 晶体过程中固液界面的形状 来进一步提高晶体质量。因此，本论文中主要研究了t e 0 2 晶体生长过程中改变 工艺参数对固液界面形状的影响，分析了固液界面与位错分布及散劓现象之怕j 的 关系，探讨了改变工艺参数来降低位错密度、消除散射现象的工艺措施。主要的 研究结果如下： l 、采用有限元模拟方法研究了提拉法生长t e 0 2 晶体过程中，在一定温度梯 废和提拉速率条件下，晶体旋转速率改变对固液界面形状的影响。在有限元模型 中同时考虑了品体和熔体中的温度场及熔体中的速度场。在温度梯度为1 5 - 2 0 4 c c m 和提拉速率为o 8 一l m m h 条件下，模拟分析了晶体旋转速率分别为0 、1 0 、 2 0 、3 0 和4 0 r p m 五种情况下的固液界面的形状。模拟结果显示，随着晶体旋转 速率的增加，固液界面形状经历了出凸到平再到凹的过程，模拟结果与实际晶体 生长中所观察到的结果相一致。模拟结果和实验结果表明，对于t e 0 2 晶体，在 固定的温度梯度和提拉速率条件下，改变晶体的旋转速率可以有效地改变固液界 面的形状。 2 、研究了提拉法生长t e 0 2 晶体固液界面形状与晶体生长习性的关系，分析 了晶体生长习性对位错分布的影响，探讨了通过改变固液界面形状来降低位错密 度的工艺措施。结果显示，t e 0 2 晶体固液界面对位错分布的影响可以归结为提 拉法生长条件下生长习性对t e 0 2 晶体位错分和的影响。t e 0 2 晶体 l i o 面簇是其 习性砸，并支g a 了弯曲固液界面上的小面生长。依掘小面生长与固液界面曲率半 径的关系，通过改变晶体旋转速率来控制界面形状，使得提拉法弯曲界面条件下 t e q 晶体的生长习性受到了限制，t e 0 2 晶体的质量得到了提高，腐蚀实验结果 显示其位错密度为2 1 0 3 c m 2 ，双品摇摆曲线测量结果显示其半峰宽最小仅为 上海大学碗卜研究生学位论文 5 4 ”。 3 、研究了t e 0 2 晶体中散刺现象的形成原因，探索了散射现象与固液界面及 工艺参数之间的联系。结果表明，由气泡、“熔体包藏”和杂质颗粒构成的散射 颗粒是造成t e 0 2 晶体中的散射现象的主要原因，并以气泡为主。气泡的形成与 固液界面形状有关，“熔体包减”的形成与固液界面的稳定性有关，而杂质的出 现与溶质边界层的厚度有关。实验发现，温度梯度为1 5 。2 0 。c c m 和提拉速率为 o 8 一l m m h 条件下，进一步优化工艺参数，调整旋转速率为2 5 3 0 r p m ，在微凹的 界面条件下，可以消除散射现象，得到了具有较高质量的t e o z 晶体，在其透光 范围内，可见光区和近红外光区的吸收率低于0 1 ，中红外光区的透过率达到了 8 0 ，优于国外文献报道的结果，显示了较高的光学性能。 关键同：t e 0 2 晶体，提拉法，固液界而，位错分布，晶体散射 生塑= ! ! ；兰塑! 竺塑圭兰篁堡苎 一一一 a b s t r a c t a so n eo ft h em a i na c o u s t o - o p t i c a l ( a o ) c r y s t a l s ，p a r a t e l l u r i t e ( t e 0 2 ) c r y s t a l s a r ew i d e l ya p p l i e di nt h ef i e l do f a od e v i c e s ，s u c ha sa os h i f t e r s ，a om o d u l a t o r s a n d a of i l t e r sf o rl a s e rl i g h tt e 0 2s i n g l ec r y s t a l h a sv e r ye x c e l l e n t a c o u s t o o p t i c a l p r o p e r t i e s ，w h i c h c a r lb eu s e da sap r i n c i p a la c o u s t o o p t i c a lm e d i u mm a t e r i a l i n v i s i b l e ，n e a r - i n f r a r e d a n dm i d d l e i n f r a r e dr e g i o n ss u c hc o m b i n a t i o no fp r o p e r t i e s a l l o w si tt ob ec o n s i d e r e da s o n eo ft h em o s t p r o m i s i n g m a t e r i a l si n o p t i c a l i n f o r m a t i o np r o c e s s i n gs y s t e m s i nc o n t r a s t t o “b r i d g m a n ”，c z o c h r a l s k ig r o w t h t e c h n i q u ec a np o t e n t i a l l yp r o v i d ef o rb e t t e rt e 0 2c r y s t a lq u a l i t ya n d t h ei n v e s t i g a t i o n o ni ti so f g r e a ti m p o r t a n c e t h em a i np u r p o s eo ft h i sp a p e ri s 幻f u r t h e ri m p r o v et h ec r y s t a lq u a l i t yo ft e 0 2 c r y s t a lg r o w nb yc z o c h r a l s k im e t h o dt h r o u g hc h a n g i n gs o l i d - m e l t i n t e r f a c e s h a p e t h e e f f e c to fc h a n g i n gg r o w t hp a r a m e t e r so ns o l i d m e l ti n t e r f a c es h a p eh a sb e e ns t u d i e d t h er e l a t i o n sb e t w e e ns o l i d m e l ti n t e r f a c ea n dg r o w t hh a b i t ，d i s l o c a t i o nd i s t r i b u t i o n o ft e 0 2c r y s t a lh a v eb e e na n a l y z e d t h et e c h n o l o g i c a lm e a s u r e sw e r ee x p l o r e df o r r e d u c i n gt h ed i s l o c a t i o nd e n s i t ya n de l i m i n a t i n gt h es c a t t e r i n gp h e n o m e n ao f t e 0 2c r y s t a l t h r o u g hc h a n g i n gt h es o l i d m e l t i n t e r f a c es h a p e t h em a i nr e s u l t so b t m n e di nt h i s w o r ka r ea sf o l l o w s ： 1 t h ei n f l u e n c eo fc r y s t a lr o t a t i o no nt h ei n t e r f a c es h a p ed u r i n gc z o c h r a t s k ic r y s t a l g r o w t hw i t ht h ef i x e dt e m p e r a t u r eg r a d i e n ta n dp u l l i n gr a t ew a sa n a l y z e db yf i n i t e e l e m e n tm e t h o d t h et e m p e r a t u r ef i e l d so fc r y s t a la n dm e l ta sw e l la st h ev e l o c i t y f i e l dw e r ec o n s i d e r e di nt h es i m u l a t i o n s w ep e r f o r m e ds o l i d - m e l ti n t e r f a c ea n a l y s e s o ft e 0 2c r y s t a lw i t hf i v ed i f f e r e n tc r y s t a lr o t a t i o nr a t e s ，2 0 ，10 ，2 0 ，3 0a n d4 0 r p m w i t ht h et e m p e r a t u r eg r a d i e n to f1 5 - 2 0 。c c ma n dt h ep u l l i n gr a t eo f0 8 l m m h ，t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ei n t e r f a c es h a p ec h a n g e sf r o mc o n v e xt oc o n c a v e t o w a r dt h em e l t w i t ht h ei n c r e a s eo ft h ec r y s t a lr o t a t i o nr a t e t h er e s u l t so ft h e s i m u l a t i o na r ei nc o n f o r m i t yw i t ht h o s eo ft h ee x p e r i m e n t t h e s er e s u l t ss h o wt h a tt h e r o t a t i o nr a t ed u r i n gt e 0 2c r y s t a lg r o w t hh a sas i g n i f i c a n te f f e c to nt h ec h a n g eo ft h e i i j 上海大学硕：j ：研究生学位论文 s o l i d m e l ti n t e r f a c es h a p e 2 t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h es h a p eo fs o l i d - m e l ti n t e r f a c ea n dc r y s t a lg r o w t h h a b i to ft h et e 0 2c r y s t a lg r o w nb yc z o c h r a l s k im e t h o dw a ss t u d i e da n dt h ee f f e c to f t h eg r o w t hh a b i to ft e 0 2c r y s t a lo nt h ed i s t r i b u t i o no fd i s l o c a t i o n sa n a l y z e d t h e t e c h n o l o g i c a lm e a s u r e sw e r ee x p l o r e df o rr e d u c i n gt h e d i s l o c a t i o nd e n s i t yt h r o u g h c h a n g i n gt h es o l i d m e l ti n t e r f a c es h a p e t h er e s u l t ss h o w t h a tt h ee f f e c to fs o l i d m e l t i n t e r f a c es h a p eo nt h ed i s t r i b u t i o no fd i s l o c a t i o n sc a l lb er e g a r d e da st h ee f f e c to f g r o w t hh a b i to nt h ed i s t r i b u t i o no fd i s l o c a t i o n st h e 11 0 f a c e t s ，w h i c hc o n t r o lt h e f a c e tg r o w t ho nac u r v ei n t e r f a c e ，a r eh a b i tf a c e so f y e 0 2c r y s t a l t h eg r o w t hh a b i to f t e 0 2c r y s t a lw a sl i m i t e db yc h a n g i n gt h ec r y s t a lr o t a t i o nr a t ea n dt h e s h a p eo f i n t e r f a c e ，b a s e do nt h er e l a t i o nb e t w e e nf a c e tg r o w t ha n dt h er a d i u so fs o l i d - m e l t i n t e r f a c e h i g hq u a l i t yt e 0 2c r y s t a lw i t hd i s l o c a t i o nd e n s i t yo f2 1 0 3 c m 2a n dt h e f w h mo f 5 4 “w a so b t a i n e d 3 t h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo fs c a t t e r i n gp h e n o m e n ao ft h et e 0 2c r y s t a lh a sb e e n s t u d i e d t h er e l a t i o n sb e t w e e ng r o w t hp a r a m e t e r sa n d s c a t t e r i n gp h e n o m e n a ，c r y s t a l d e f e c t sh a v eb e e ne x p l o r e d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t s c a t t e r i n gp o w d e r s ， w h i c ha r e c o m p o s e do fb u b b l e s ，“m e l ti n c l u s i o n s ”a n di m p u r i t i e s ，a r eap r i n c i p a l r e a s o nf o rs c a t t e r i n gp h e n o m e n ai nt e 0 2c r y s t a l s t h eb u b b l e sa r e p r i n c i p a ls c a t t e r i n g p o w d e r s ，w h i c hm a i n l yr e l a t e t os o l i d m e l ti n t e r f a c e s h a p e ，t h e “m e l ti n c l u s i o n s r e l a t et ot h es t a b i l i t yo fs o l i d m e l ti n t e r f a c e ，a n dt h ei m p u r i t i e sr e l a t et ot h et h i c k n e s s o fs o l u t eb o u n d a r yl a y e r a tt h et e m p e r a t u r eg r a d i e n to f15 - 2 0 c c m ，t h ep u l l i n gr a t e o f0 8 一l m m h ，t h er o t a t i o nr a t eo f 2 5 3 0 r p m ，as l i g h t l yc o n c a v ec r y s t a l m e l ti n t e r f a c e o c c u r sa n d h i g h q u a l i t yt e 0 2c r y s t a l s w e r e s u c c e s s f u l l yg r o w nb y c z o c h r a l s k i m e t h o d ，w h o s ev i s i b l ea n dn e a r - i n f r a r e da b s o r p t i o nc o e f f i c i e n ti sb e l o w0 1a n d m i d d l e i n f r a r e d t r a n s p a r e n c e i sm o r e8 0 9 6 ，b e tt e rt h a nd a t a r e p o r t e db y th e 1 j1e r a t l u r e s k e yw o r d s ：t e 0 2c r y s t a l ，c z o c h r a l s k im e t h o d ，s o l i d - m e l ti n t e r f a c e ，d i s l o c a t i o n s d i s t r i b u t i o n ，c r y s t a ls c a t t e r i n g ， v 上海大学硕士学位论文 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：三渤曰期迦幺互z 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：= = 缉导师签名：叠! 垫日期：边幺主：丝 海人学坝f j 州究生学位论文 第一章文献综述 自激光器问世以来，人们就致力于用声光互作用的原理来控制激光束的位置 和强度。随着光通信技术、微电子技术及声光材料的发展，声光调制器、声光偏 转器、声光滤波器等各种基础声光器件已相当广泛地应用于各种不同的领域中。 特别是像t e 0 2 ( o t e 0 2 ) 这样优质的声光材料的出现，使各种声光器件的性能 获得了很大的提高。 t e 0 2 晶体是一种重要的声光晶体材料，也是制备优良性能声光器件的重要 材料，在声光器件领域有着广泛的应用。a r l t 等人采用提拉法( c z o c h r a i s k i ) 在 1 9 6 8 年首次人工生长出这种晶体。t e 0 2 晶体的应用，自上世纪七十年代以来就 引起人们很大的兴趣。因而，对于t e 0 2 晶体的研究也在广阔的领域内不断地进 行。这些研究涉及晶体结构、晶体性质、晶体生长技术及实际应用等诸多方面。 尽管t e o z 晶体存在生睦技术复杂、生长成本高的缺点，但是由于t e o ：单晶 具有很高价值的声光质量和品质因素，所以目前在可见光、近红外光谱区t e 0 2 晶体依然是优先选用的声光介质材料。因此，研究 l e o ：单晶生长，特别是从理 论上阐明其质量影响机理，并以此来指导实验则具有更加现实的意义。 1 1 t e 0 2 晶体的结构和成分 t e 0 2 晶体是一种优良的声光晶体，属于四方晶 系，具有列位黄磷矿结构，岜称畸变会红石结构，点 群为4 2 2 ( d 4 ) 1 2 1 , 空j 刮群为p 4j 2 1 2 ，晶体的对称要 素为l 4 4 l 2 ，晶胞参数a = b = 4 7 9 6a ，c = 7 6 2 6a 吼 这种结构决定了t e 0 2 晶体的最大特点是其结构和性 质上的各向异性。同时，作为声光晶体，各向异性的 特点增加了其声光性能优化的自山度。图1 1 为其品 胞结构示意图。在圈中，t e 原子与周围四个o 原子 成键，构成该晶体的基本结构单元q o 。多面体， 幽1 - i t e 0 2 品体品胞结构幽 j ：海人学坝i 。研究生学位论义 四面体之阳j 则以共用顶角相连接。在每一个这样的多面体中，四个y e o 键的键 长是不同的，其中虚线表示的键长约为o 2 1 2 r i m ，实线代表的键长约为0 1 8 8 n m 。 从当日口的研究看，二氧化碲具有不同结品形态( 如c l 、p 、y 、6 ) ，表1 1 总结了二氧化碲的一些物理性质。但是，目前还只有a 型二氧化碲晶体能够人工 生长。图i - 2 是t e 0 2 晶体的相图。 表i 1 一氧化础的物理性质( 4 物性数值物性数值 熔点1 0 0 57 k 熔化热 a h = 2 9 2 8 8k j t o o l 升华热h = 2 4 68k j t o o l 生成白由能 g 2 9 8 2 6 98k j t o o 蒸汽压( 蚓) l o g p ( p a ) = a b t 密度 6 0 0 9 e r a 3 汽化热h = 2 1 63k j m o l 生成热 h 2 9 8 3 2 5 3k j t o o l 颜色c i 一向，p 一黄，y 一向 a = 1 44 5 2 ，b = 13 2 2 2 ： a = 1 2 2 7 3 8 b = 1 1 3 0 0 w e i g h tp h c e n t t e l l u r i u m o2 0 os o o7 0 o9 01 0 0 ”7 7 + l ，1 、 i ”| i 7 i 。i 、i 1 1 1 k + o 、a 一一一一一一璺! 翼一一二y ki k + k i i , i l p 7 ”。c 7 】l 。c + 一：h 竺。三一t 一 of _ - - 柏c ： i1 i1 洲 f 啦 一o i o a t o i i i i cp e r c e n tt c i l u d m 蚓1 27 r e 0 2 品体相幽 1 0 0 t e 海人掌坝卜j i f | 究生学位论文 1 2 t e 0 2 晶体的基本性能 t e 0 2 晶体的结构和基本特性总结在表1 2 中。t e 0 2 晶体的化学性能较为稳 定，不溶于水，微溶于稀酸和碱，呈无色透明状，其透光区为3 3 0 5 5 0 0 r i m ，在 整个可见光范围内完全透明。受4 2 2 晶类晶体对称性的限制， l e 0 2 晶体没有对 称中心，故具有旋光性，而且是左旋正单轴晶体。 尽管具有诸如晶体生长技术复杂、生产成本高的缺点，但是t e 0 2 晶体因其 具有很高价值的声光质量和品质因素，依然在光计算、光通讯和光显微成像等技 术中有着广泛的应用。 表i 2t e 0 2 品体的性能【23 ，5 ，6 ，7 】 分子式teo， 品体结构四方品系d 。4 2 2 品格常数a = b = 47 9 6 a ，c = 76 2 6 a 密度 6 0 c m 3 分子簟】5 9 6 1 熔点7 3 3 硬度4mohs 颜色 透明无色 透光范同3 3 0 n m 一5 0 0 0 n m 热膨胀系数( 2 0 c ) 1 95 1 0 。1 6 ，1 0 1 0 6 折射率x = 0 6 3 2 8um n o = 2 2 6 f i e = 24 】 = o5 8 9 0 l a m n o = 22 7 4 n c = 24 3 0 热导率( m w c m k )3 0 机械抗阻( k g m s e c ) 3 6 1 0 6 声速( k m s e c ) 剪切波0 6 】7 纵波4 ，2 6 声光优值 m 1 = ( 6 8 ，6 1 4 2 ) 1 0 。7g i t l 2s e c t g m 2 = ( 】2 0 0 3 45 ) 1 0 1 8s e e 3 g 海人学坝l ：训究生学位论义 1 3 t e o ：晶体的研究历程 t e 0 2 晶体是六十年代术发现的具有优良声光性能、可以用于可见光和近红外 范围的声光材料。由于其具有的某些显著性质，t e 0 2 晶体在基础研究领域和工程 应用领域都吸引了人们的注意。如今，以t e o z 晶体为声光介质的声光器件不仅在 实时信息处理系统、光传感技术和光计算技术等军事方面有着广阔的应用，在国 计民生和工业技术方向的应用也越来越广泛。 1 3 1 t e 0 2 晶体结构的研究 二氧化碲晶体的特殊性质取决于其晶体结构。在通常条件下，二氧化碲存在 两种常见的异形体，即：a - t e o ：瞄p 4 ，2 1 2 ) 和b - r e o , ( d 撬p b c a ) 。在这两种晶体结 构中，每个t e 原子直接与四个邻近的0 原子成键，构成了其基本结构单元 t e 0 4 多面体基元。但是，由于受t e 原予5 s 2 孤对电子的影n 向1 e o 。多面体具有 畸变的双棱锥结构。这些t e 0 4 多面体结构单元，在o t * 0 2 晶体中，形成的是 共用顶角的三维网络结构，在b t e 0 2 晶体中则是形成共用顶角和边的两维网络 结构，分别如图l ，3 ( a ) 、( b ) 所示f g 】。 图1 3 二氧化碲品体品格x y 平面投影幽f 8 对于t e 0 2i 羁体压力引入相变的研究，也曾吸引了许多学者的注意。p e e r c y 和f r i t z l 9 1 借助超声波、布早渊散射和介电常数测量等手段，研究发现室温下约 9 k b a r 时 l e 0 2 品体存在由四方品系到正交品系的相变。k o u r o u k l i s 等人m 0 利用 上海大学碳十 i j | _ 究生学位论史 拉曼技术研究了t e 0 2 晶体的结构相变。m in g 和m a n g h n a n i 1 1 1 则发现在约1 2 0 k b a r h 寸t e 0 2 晶体存在p b c l 2 型结构。除此以外，还有一些基于中子衍射、x 。r a y 衍射 和高压震动光谱等方法对二氧化碲晶体同质多晶现象的研究【1 2 - 1 4 。 国外学者u s 在对纯二氧化碲玻璃的研究中，发现了两利一新的晶相：v 一和6 一t e 0 2 。从x r d 研究显示，y t e 0 2 属于正交晶系，晶胞常数分别为：a = 8 , 4 5 a ， b = 4 9 9 a ，c 。4 3 0 a ，z = 4 。6 一t e 0 2 属于立方晶系，晶胞常数分别为：a = 5 6 9 a ， z = 4 。他们在研究中发现6 一t e 0 2 晶相包含了a 一、p 一和y 一丁e 0 2 晶相所有的结构 特征。图i - 4 是四种晶相和纯二氧化碲玻璃的拉曼光谱图。目前，y t e o ，晶相 的结构研究仍在继续b 6 1 。 倒i - 4 不同_ 二氧化碲品体结构类7 与纯t e 0 2 玻璃的拉曼光谱 ( a ) o t e 0 2 ( b ) p t e 0 2 ( c ) y t e 0 2 ( d ) 6 一t e 0 2 ( e ) 纯- 二氧化硫玻蛸 1 3 2 t e 0 2 晶体性质的研究 t e 0 2z 孙体能够得以1 泛应用，主要是山于其具有的一些优良的物理、化学 性质。针剥t e 0 2 晶体性质的研究涉及其声学、光学、弹性、化学键性能等诸 海人学坝i + 聊究生学位论文 多方面。 b e l y j 17 1 等人研究了超声波在 l e 0 2 晶体中( j 1 0 ) 和( 0 0 1 ) 平面传播的特性。 g a b u d a 等人0 1 8 1 通过”5 t e n m r 研究发现，由于在分子间电场作用下t e 4 + 离 子的强烈极化以及t e - t e 键问构成的5 s 2 电子通道使得t e t e 削产生交互作用， 从两解释了为什么通常呈惰性的5 s 2 电子在t e 0 2 晶体中却是“活跃的”。 t e 0 2 晶体作为声光晶体广泛应用于声光偏转器、声光调制器和声光可调滤 波器中。用于声光可调滤波器的材料要求具有光学双折射，目的是为了在入射光 的广角分布范围内得到满意的声光互作用的相位匹配。声光偏转器和调制器虽然 不需要光学双折射，但是在光学双折射晶体内，可以获得接近f 切形的相位匹配。 孩匹配在给定的相对带宽情况下能使互作用长度增加。与各向同性衍射相比，它 具有互作用长度增加四倍或者更多的优点。由于功率密度的减小与长度平方成正 比，当功率密度为限定因素时，该优点尤为重要。表卜3 列举了几种具有双折射 性的声光晶体的一些性质。 表1 3 儿种破折射声光品体的性能比较 s i m p o s o n 研究计算了t e 0 2 晶体表面波性质及其温度依赖性，发现t e 0 2 晶体表面波速度存在很大的各向异性，同吲在定的方向上表面波速度不随温度 变化而变化。 t a r k o v 对t e 0 2 晶体中慢剪波的空间发敞进行了研究，探讨了声柬小空问 发散的可能性，相应的条件被发现，结果显示准平行声束是可以存在的。 针对t e 0 2 品体的双折射性能，k l i m o v a l 24 1 研究了 l e 0 2r f 2 1 1 体的周二色性吸收 【 ：t h o m a s l 2 2 1 确定了右旋1 1 c 0 2 晶体定性的各向异性极化能力理沦，研究了t e 0 2 卜海人学坝卜研究生学位论文 品体的旋光性及其结构起因，并定量地训+ 算了t e 0 2 晶体的双折射和旋光性。 围外学者e w b a n k 和n e w m a n l 2 3 j 对 l e 0 2 品体的光学性能及线性光电予性能 进行了研究。0 k a d a 【2 4 】等对t e 0 2 晶体的非线性响应进行了研究。 t a k i z a w a l 2 5 1 研究了t e 0 2 晶体光吸收系数的温度依赖性及光反射率图潜，结 果如图1 5 a 、b 所示，所谓的u r b a c h 规则被详细讨论。t a k i z a w a 及其合作者口q 还研究了t e 0 2 晶体在可见光和紫外光区的折射率，而b e r n y 等人鲫则研究了 t e 0 2 晶体在红外光区的折射率。 除此以外，还有关于t e 0 2 晶体光学活性、热导率、弹光效应等的研究1 2 8 - 3 1 。 ( a ) 嗍0 w 娃自“【“ ( b ) 剧l 一5 le 0 2 品体光吸收系数及反射率 1 3 3t e 0 2 晶体生长的研究 到目前为止，已知的t e 0 2 晶体的生长技术包括提拉法、坩埚f _ 降法和l 水热 法。国外普遍采用提拉法，在国内则提拉法和坩埚下降法都有使用，而水热法闳 其效率太低、晶体太小而很少使用。 通过提拉法生长t e 0 2 晶体最早是由a r l t 等人于1 9 6 8 年完成的。其后，采 用电阻加热或感应加热提拉法均生长出了t e 0 2 晶体。y a z a w a 和1 w a s a k j f 3 2 l 利 用提拉技术在19 7 1 年生长出了可供器件使用的品体，并x , j 生长条件与宏观缺陷 的关系作了研究，州论了获得宏则完摧品体的必要条件。我们谍题组利i 称呱 提拉法也获得了较火直径的 l e 0 2 稿体1 3 3 ，l 时，液流将由自然对流占优势的状态 转换到由强制对流占优势的状态。从表2 3 的计算结果和图2 7 的模拟结果来看， 当晶体旋转速率小于2 0 r p m 时，r e 2 g r l ，界蕊呈凹形；当晶体旋转速率等于2 0 r p m 时，r e 2 g r 1 ， 界面近似平面，熔体的对流状态中开始出现较强的强制对流，固液界面将会发生 翻转。因此，图2 7 所示的模拟结果较好地印证了界面翻转理论。 ! 塑查堂竺：! ：堕塑生兰些堡兰一一 表2 - 3t e o j 不同旋转速率r 的g r 数平| ir p 数 。g rr er e z g r 2 唾小结 本章采用有限元模拟方法，在轴向温度梯度为1 8 。c c m 和提拉速率为l m m h 的条件下，对提拉法生长晶体过程中，晶体旋转速率改变对固液界面形状的影响 作了研究。利用二维轴对称相变有限元模型，对晶体旋转速率分别为0 、1 0 、2 0 、 3 0 和4 0 r p m 五种情况下固液界面形状的模拟结果显示，随着晶体旋转速率的增 加，固液界面经历了由凸到平再到凹的变化过程，模拟结果与实际晶体生长过程 中所观察到的结果相一致，而且从r e 2 g r 的计算结果看，模拟结果较好地印证 了界面翻转理论。实验结果和数值模拟结果表明，对于t e 0 2 晶体，在固定的温 度梯度和提拉速率条件下，通过改变晶体的旋转速率也可以有效地控制固液界面 的形状。 参考文献 【1 x i a o b ow u ，x ug e n ga n dz e n g - y u a ng u o ，f u n d a m e n t a ls t u d yo fc r y s t a l m e l ti n t e r f a c e s h a p ec h a n g ei nc z o c h r a l s k ic r y s t a lg r o w t h ，jc r y s t a lg r o w t h ，19 9 6 ，16 9 ：7 8 6 7 9 4 【2 】 s k u m a r a q r u b a r a ne ta 1 ，g r o w t h o fp a r a t e l l u r i t e c r y s t a l s ：e f f e c t o fa x i a l t e m p e r a t u r e g r a d i e n to nt h eq u a l i t yo f t h ec r y s t a l s ，j c r y s t a lgr o w t h ，2 0 0 0 ，2 i1 ( 1 ) 2 7 6 2 8 0 海人学坝i 研究生学位论史 3 】 季小红等，声光品体t e 0 2 的生长及缺陷研究，人工晶体学报，2 0 0 1 ，3 0 ( 1 ) ：9 3 _ 9 8 4 】陶绑军等，c z 法生k 粼t e 0 2 品体质量的影响，人一l 晶体学报，2 0 0 3 ，3 2 ( 2 ) ：1 6 5 - 1 6 9 【5 】j h j e o n ga n dj s k a n g ，a n a l y t i c a l s t u d i e s0 1 3t h ec r y s t a l - m e l ti n t e f a c es h a p ei n t h e c z o c hr a l s k ip r o c e s s f o ro x i d es i n g l ec r y s t a l s ，j c r y s t a l g r o w t h ，2 0 0 0 ，2 18 ：2 9 4 3 1 2 【6 】 m b r a g l i a ，e ta 1 ，r h e o l o g y o ft e l l u r i t e g l a s s e s ，m a t e r i a l s r e s e a r c h b u l l e t i n ，2 0 0 0 ，3 5 ： 2 3 4 3 2 3 51 【7 】f k o m a t s u ，t n o g u c h ia n dy b e n i n o ，h e a tc a p a c i t yc h a n g e sa n ds t u c t u r a r e l a x a t i o n a t g l a s s t r a n s i t i o ni nm i x e d a l k a l it e l l u r i t e g l a s s e s ，j ，n o n c r y s t a l l i n es o i i d e s ，1 9 9 7 ，2 2 2 ： 2 0 6 2 1 1 【8 k r a m e s h ，e ta l ，g l a s sf o r m a t i o n i n g e r m a n i u mt e l l u r i d eg l a s s e sc o n t a i n i n g m e t a l l i c a d d i t i v e s ，j p h y sc h e m s o l i d s ，2 0 0 0 ，6 1 ：9 5 1 叭 9 】e l - m r a o u f , g l a s st r a n s f o r m a t i o nt e m p e r a t u r ea n ds t a b i l i t yo f t e l l u r i t eg l a s s e s ，j m a t e r i a l s r e s e a r c h ，2 0 0 3 ，18 ( 2 ) ：4 0 2 - 4 0 6 1o 】yo k a n oa n drf u k u d a ，n u m e r i c a ls t u d yo nc z o c h r a l s k ig r o w t ho f o x i d e s i n g l ec r y s t a l s ，j c r y s t a lg r o w t h ，1 9 9 1 ，1 0 9 ：9 4 - 9 8 【1 1 】b b a s ue ta l ，e f f e c to fc r y s t a lr o t a t i o no nt h et h r e e d i m e n s i o n a lm i x e dc o n v e c t i o n i nt h e o x i d e m e l t f oj c z o c h r a l s k ig r o w t h 、j c r y s t a l g r o w t h ，2 0 0 1 ，2 3 0 ：1 4 8 15 4 【1 2 】h k o p e t s c h ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n o ft h ei n t e r f a c ei n v e r s i o ni nc z o c h r a l s k ig r o w t ho f o x i d ec r y s t a l s ，j c r y s t a lg r o w t h ，19 9 0 ，10 2 ( 3 ) ：5 0 5 5 2 8 1 3 叶人伦洲建华，实用无机物热力学数据手册( 第2 版) ，冶金t 业出版社t 2 0 0 2 ， 北京，p p l 0 0 5 1 0 0 5 ( 1 4 】a y e c k e l ，j jd e r b ya n dvp r a s a d ，t h i r di n t e r n a t i o n a lw o r k s h o po nm o d e l i n gi nc r y s t a l g r o w t h ，j c r y s t a lg r o w t h ，2 0 0 1 ，2 3 0 ( i 一2 ) ：3 3 5 3 7 6 15 u r e s h ee ta 1 ，a n u m e r i c a li n v e s t i g a t i o no ft h ee f f e c t so fi s o - a n dc o u r r e r - r o t a t i o no nt h e s h a p eo f t h ev c zg r o w t hi n t e r f a c e ，jc r y s t a lg r o w t h ，2 0 0 1 ，2 3 0 ( i 2 ) ：1 4 3 1 4 7 16 】w m i