目录
摘要
Abstract
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第一章绪论 (1)
1.1 引言 (1)
1.2 蓝宝石晶体的物理化学性质 (1)
1.3 蓝宝石晶体的应用 (3)
1.4 蓝宝石晶体的生长工艺 (7)
1.5 研究的内容及目的、意义 (16)
第二章泡生法制备蓝宝石晶体的工艺设计 (17)
2.1 引言 (17)
2.2 实验设备简介 (17)
2.3 热场设计 (19)
2.4 泡生法晶体生长工艺的设计 (23)
第三章蓝宝石性能的测试 (34)
3.1 晶体的宏观检测 (34)
3.2 单晶面的X射线衍射谱分析 (34)
3.3 透过率测试 (35)
3.4 拉曼性能测试 (36)
3.5 位错的检测 (37)
第四章晶体缺陷的分析 (39)
4.1 晶体缺陷中气泡缺陷的分析 (39)
4.2 晶体缺陷中的位错的分析 (45)
4.3 晶体缺陷中的小角晶界分析 (46)
4.4 蓝宝石晶体的“粘锅”缺陷分析 (48)
4.5 晶体的包裹物缺陷分析 (49)
4.6 晶体的开裂 (49)
结论 (51)
致谢 (52)
参考文献 (53)
第一章绪论
1.1 引言
蓝宝石，又被称作刚玉，是一种含有少量Fe2+和Ti4+的氧化铝单晶，如图1.1所示。相比其他矿物来说，它拥有良好的光学性能、机械性能，而且它的化学性质稳定，强度高、耐腐蚀、硬度仅次于金刚石，并且还可以在很高的温度下工作，所以在很多技术领域都有着极为广泛的应用。蓝宝石晶体因为它的晶格结构、力学性能、热学性能等优势而成为微电子领域最为理想的衬底材料。随着时代的发展，生产出质量高、成本低、尺寸大的蓝宝石单晶已然成为当前社会技术进步的必然要求[1]。
1.2 蓝宝石晶体的物理化学性质
蓝宝石晶体的化学成分是氧化铝(α-Al2O3)，由三个氧原子与两个铝原子通过共价键的方式结合而成的六方晶格结构，如图1.2、1.3、1.4所示。纯氧化铝结晶之后是没有颜色的透明状态，如果蓝宝石出现颜色，那是因为在它生长时有显色元素离子渗透于其中而显示颜色，如果晶体在生长时有钛离子(Ti3+)与铁离子(Fe3+)渗透其中，那么晶体会呈现蓝色，一般称这种晶体为蓝宝石；在晶体生长时有铬离子(Cr3+)渗透其中，那么会使晶体呈现红色，称其为红宝石；晶体生长时有镍离子(Ni3+)渗透其中，那么会使晶体呈现黄色，称其为黄色蓝宝石，蓝宝石、红宝石、和黄色蓝宝石都是蓝宝石的一种[2-3]。
蓝宝石晶体具有2050℃的熔点和3500℃的沸点，在1900℃的温度下依然可以工作。它在水中的溶解度几乎为0，而且它的化学性质极其稳定，与酸碱在常温条件下不发生反应，只有在温度很高的条件下(300℃左右)能被酸碱性较强的试剂所侵蚀，例如氢氟酸、磷酸和熔融的氢氧化钾。蓝宝石晶体具有仅次于最硬的金刚石的硬度，它的硬度为莫氏硬度9级。它透光特性、导热性等多种性能都很好。蓝宝石由于它各方面的优异性质注定会在科学技术、国防与民用工业等诸多领域被作为一种极为重要的技术晶体所使用。
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