热交换法(Heat Exchanger Method) 简称HEM 法。热交换法是一种为了生长大尺寸蓝宝石而发明的晶体生长技术。1970年Schmid和Viechnicki首先运用热交换法生长出大块的蓝宝石晶体。其原理是利用热交换器来带走热量，使得晶体生长区内形成一下冷上热的纵向温
度梯度，同时再藉由控制热交换器内气体流量(He冷却源)的大小以及改变加热功率的高低来控制此温度梯度，借此达成坩埚内熔汤由下慢慢向上凝固成晶体之目的，图13 a
所示为热交换器法之原理示意图。该方法主要特点：
1) 温度梯度分布与重力场相反，坩埚、晶体和热交换器皆不移动，晶体生
长界面稳定、无机械扰动、浮力对流小，消除了由于机械运动而造成的晶体缺陷；
2) 晶体生长后仍保持在热区，控制氦气流量可使温度由结晶温度缓慢均匀
降低，实现原位退火，减少晶体的热应力及由此产生的晶体开裂和位错等缺陷；
3) 固液界面处在熔体包裹中，热扰动在到达固液界面之前可以被减小乃至
排除，界面上可获得均匀的温度梯度；
4) 热交换法最适合生长各种形状和尺寸的蓝宝石晶体；
5) 设备条件要求高，整个工艺复杂，晶体生长周期长、需要大量氦气作冷
却剂，成本高。热交换法主要在美国得到应用和发展，该工艺为美国
Crystal Systems 公司的专利技术。
Crystal Systems公司用热交换法生长蓝宝石晶体已有30多年的历史，代表了国际最高水平。
Chandra等人利用热交换先后生长出了直径为￠200mm、￠340mm和￠380mm径高比为
2:1的高质量晶体，如图13b、c所示，并希望最终能够生长出直径为￠750mm的光学级蓝宝石晶体。
注释：
(a) 单晶炉示意图；
(b) 蓝宝石晶体￠380mm；
(c) 蓝宝石晶体￠340mm
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