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蓝宝石单晶的位错缺陷及光学性能研究

作　者: 孙瑜
导　师: 陈洪建
学　校: 河北工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 蓝宝石单晶 湿法腐蚀 位错 光学性能 泡生法 位错腐蚀坑密度
分类号: TN304
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


蓝宝石单晶是氧化铝单晶体，具有优良的光学性能、力学性能、热学性能、电学性能和化学稳定性，是一种综合性能优良的晶体，广泛应用于红外军事装置、卫星空间技术、半导体材料如硅、氮化镓、氧化锌等的衬底材料、高强度激光的基质材料等。蓝宝石单晶的制备方法包括熔焰法（Verneuil）、直拉法（CZ）、导模法（EFG）、热交换法（HEM）以及泡生法（Kyropoulos）等。蓝宝石晶体缺陷尤其是位错直接影响其使用性能，而其光学性能不仅直接影响其光学应用，而且能反映其晶体缺陷结构和形态，因此开展蓝宝石单晶的位错和光学性能研究意义重大。本文首先研究了蓝宝石单晶的位错显示和表征技术。利用湿法腐蚀技术，结合测量显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪等分析技术研究了蓝宝石中的位错腐蚀工艺，确定了蓝宝石单晶位错最佳腐蚀工艺为：在290℃下的熔融KOH中腐蚀20min。对不同晶面的微缺陷形貌进行分析，其中（11-20）面的位错腐蚀坑为菱形，（1-102）为等腰三角形，（0001）为三角形。采用九点平均位错腐蚀坑密度（EPD）测试方法，计算蓝宝石单晶中的位错密度，结果表明：泡生法生长的蓝宝石单晶的位错密度最低，仅为2.57x103cm-2。另外，还发现了类似层错的微缺陷形貌。论文还研究了蓝宝石单晶的红外光谱和拉曼光谱。通过红外光谱实验，对比研究了不同位错密度的蓝宝石单晶的红外光谱，表明蓝宝石单晶中的位错密度和其红外透过率有对应关系，其机理是高密度位错对应晶格中的高密度的缺陷集团而导致较强的红外吸收。泡生法蓝宝石单晶对波数大于2000cm-1的红外波的透过率最高，可达到85%以上，变温红外光谱研究表明，蓝宝石单晶红外透过率随温度的增高而升高，在400℃可达95%以上。拉曼光谱研究表明，微缺陷团对拉曼光谱的特征峰的数目和位置有直接的影响。较高质量的泡生法生长蓝宝石与标准蓝宝石拉曼光谱吻合度高。论文最后利用会聚偏振光技术，研究了不同质量的蓝宝石晶体的光学均匀性，结果表明泡生法蓝宝石晶格畸变最小，表明其微缺陷和应力最低。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 引言  9-14
    1.1.1 蓝宝石的晶体结构  9-11
    1.1.2 蓝宝石的性能  11
    1.1.3 蓝宝石单晶的应用  11-13
    1.1.4 蓝宝石单晶的制备技术  13-14
  1.2 蓝宝石单晶中微观缺陷的研究  14-15
    1.2.1 蓝宝石单晶中位错  14
    1.2.2 蓝宝石单晶的层错  14-15
  1.3 蓝宝石光学性能  15-16
    1.3.1 蓝宝石单晶的红外光谱  15-16
    1.3.2 蓝宝石单晶的拉曼光谱  16
    1.3.3 蓝宝石单晶光学均匀性  16
  1.4 本文主要研究内容  16-18
第二章 蓝宝石单晶中的位错研究  18-35
  2.1 位错检测技术  18-20
    2.1.1 原理  18-19
    2.1.2 腐蚀实验  19-20
    2.1.3 研究流程  20
  2.2 蓝宝石单晶中位错的腐蚀工艺研究  20-23
    2.2.1 样品制备  20-21
    2.2.2 研究结果与分析  21-23
  2.3 位错腐蚀形态研究  23-25
    2.3.1 样品制备  23
    2.3.2 研究结果与分析  23-25
  2.4 位错密度对比研究  25-31
    2.4.1 样品制备  25-26
    2.4.2 研究结果与分析  26-31
  2.5 类层错缺陷研究  31-34
  2.6 小结  34-35
第三章 蓝宝石单晶的红外及拉曼光谱研究  35-49
  3.1 蓝宝石单晶的光学性能研究  35-36
    3.1.1 红外光谱研究  35
    3.1.2 紫外光谱研究  35-36
    3.1.3 拉曼光谱研究  36
  3.2 实验准备  36-37
  3.3 蓝宝石单晶的红外光谱研究  37-43
    3.3.1 基本原理  37
    3.3.2 红外光谱研究  37-41
    3.3.3 蓝宝石单晶的变温红外光谱研究  41-43
  3.4 蓝宝石单晶的拉曼光谱研究  43-47
    3.4.1 基本原理  43
    3.4.2 拉曼光谱研究  43-47
  3.5 小结  47-49
第四章 蓝宝石单晶的光学均匀性研究  49-54
  4.1 基本原理  49-51
    4.1.1 研究意义  49-50
    4.1.2 基本原理  50-51
  4.2 光学均匀性研究  51-53
  4.3 小结  53-54
第五章 结论  54-55
参考文献  55-59
研究生期间发表论文情况  59-60
致谢  60

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料
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