[发明专利]一种氟化物单晶的生长方法与装置

说明书

本发明公开了一种氟化物单晶的生长方法与装置，属于氟化物晶体的单晶生长领域。采用坩埚为带盖的石墨坩埚，选择的除水氟化剂为NH₄HF₂，将原料和氟化剂混合研磨，得到原料混合物，进行除水氟化；然后升温得到熔液，再将坩埚内熔液完全降至结晶点位置后，静置，然后降温得到所述氟化物单晶。本发明采用封闭式真空除水自氟化坩埚下降法进行晶体生长，并调整生长过程中的温度等参数，从而得到了能够符合实用要求的厘米级的高质量大尺寸LiLnF₄（Ln=Y，Gd，Lu)单晶，尺寸约为Φ10×50mm，且在紫外可见光区域透过率可达90%以上。该技术具有操作简单，经济，安全和环境友好等优势。

技术领域

本发明涉及单晶生长技术领域，尤其是涉及一种氟化物单晶的生长方法与装置。

背景技术

氟化物LiLnF₄(Ln=Y, Gd, Lu)单晶是一种物化性能优良的低声子激光晶体材料，具有化学稳定性好、熔点较低、高浓度掺杂依然透明、自发辐射荧光寿命长、折射率受温度影响较小等优点。因此，在光学领域中，该类氟化物激光材料具有十分重要研究与应用价值。另外，LiLnF₄单晶从真空紫外到红外波长范围内仍具有较高透明度，在强激光泵浦源和低声子能量的条件下，具有较低折射率的限制，提高了激活性离子辐射跃迁的几率。包括氟化物单晶在内的类似晶体系列，作为激光源工作物质的光学应用是非常有意义的。

在氟化物晶体一系列生长方法中，如提拉法、外延法、坩埚下降法、区熔法等，其中氟化物晶体生长的关键在于如何解决原材料及生长环境中存在的O₂与 H₂O等氧源参与氟化反应的难题。例如，当晶体生长环境中出现了O₂与 H₂O等氧源的残余，当生长温度达到650℃以上时，该类氧源与生长环境中的氟化物发生反应，最终导致了氟氧化物杂质成分的生成，甚至形成了多晶。因此，获得高质量氟化物晶体一直被视为一个很难解决的难题。

在目前LiLnF₄晶体的生长工艺中，采用最广泛的方法为坩埚下降法，该方法使用铂金坩埚，其价格昂贵，此外该种坩埚为一次使用，每次使用完需要重新加工，耗时耗力。在晶体生长前，必须对原料除水氟化，传统方法为在高温条件下，通HF气体，而HF气体为剧毒气体，存在安全隐患，此外通气氟化的炉管为耐腐蚀的铂金管，价格昂贵。采用铂金坩埚装料后，需要用氢氧焰对铂金坩埚进行熔封，操作较为困难且无法在过程中避免原料再次吸水。另外除水和生长在不同设备上，操作繁琐。因此能否发明一种即降低成本又提高安全性不污染环境，并且操作上更为简单的方法，且能满足光学性能所需的晶体质量的方法，成为当前人们亟待解决的工艺难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一种氟化物单晶的生长方法与装置，该生长方法采用真空密闭坩埚下降法，并通过调控除水氟化程序，从而得到了符合实用要求的厘米级LiLnF₄单晶，该生长方法操作简单，经济实用、且高效。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氟化物单晶的生长方法，所述氟化物的化学式为LiLnF₄，其中Ln=Y、Gd或Lu，所述氟化物单晶的生长具体包括以下步骤：

1）采用纯度均为99.99%的LiF、LnF₃与氟化剂NH₄HF₂作为原料，经研磨15~30分钟后装入石墨坩埚；

2）将步骤1）中得到的混合原料放置在晶体生长装置中的高温区，进行除水氟化；