MgAl_2O_4晶体的完整性研究

Study on Perfection of MgAl_2O_4 Grystal

在微波段 ,MgAl2 O4单晶具有低的传声损耗 ,是制作低插损微波延迟线的理想材料。它还是理想的GaN外延用衬底材料 ,因为两者之间具有良好的晶格匹配和电、热及机械性能。但是要获得高质量的MgAl2 O4单晶较困难 ,MgAl2 O4单晶生长中容易产生多种缺陷 ,影响了晶体的实际应用。我们在生长MgAl2 O4单晶时发现 ,晶体表面容易出现混乱的花纹 ,其内部常伴随有白丝、云层等其它缺陷 ,严重时 ,晶体甚至不透明。上述缺陷都与组分过冷有关。对MgAl2 O4单晶来说 ,出现这种现象在高温下MgO比Al2 O3 更易于挥发 ,造成了熔体组分偏离同成分点。据此 ,我们采取了如下工艺措施 ,得到了高质量的MgAl2 O4晶体。首先 ,镁铝尖晶石的同成分配比为MgO∶Al2 O3 =1∶1 (摩尔比 )。但是在高温下MgO比Al2 O3 更易于挥发 ,故MgAl2 O4原料是通过化学反应间接得到。其次 ,为了抑制高温生长时MgO的挥发 ,避免偏离同成分配比 ,可在充入保护性气体的同时 ,充入适量的O2 。最后 ,温场梯度、工艺参数、单晶生长设备运行性能对缺陷的消除也有一定的影响。在采取这些措施后 ,生长出了沿〈1 0 0〉取向的 ,尺寸为5 0× 6 0mm的MgAl2 O4晶体 ,晶体表面光滑 ,无色透明 ,用于 5mWHe Ne激光器检查 ,无白丝、无云层、无气泡及散射颗料 。