温度梯度法
温度梯度法(Temperature gradient technique, TGT) 温度梯度法是由我国中国科学院上海光学精密机械研究所周永宗等人于
1980年首先实现的一种以定向籽晶诱导单晶生长的垂直温度梯度法。温度梯度
法是以定向籽晶诱导的熔体单结晶方法。包括放置在简单钟罩式真空电阻炉内的
坩埚、发热体和屏蔽装置，图14是装置简图。本装置采用镅坩埚、石墨发热体。
坩埚底部中心有一籽晶槽，避免耔晶在化料时被熔化掉。为了增加坩埚稳定性，
籽晶槽固定在定位棒的圆形凹槽内。温场由石墨发热体和冷却装置共同提供。发
热体为被上下槽割成矩形波状的板条通电回路的圆筒，整个圆筒安装在与水冷电
极相连的石墨电极板上。板条上半部按一定规律打孔，以调节发热电阻使其通电
后自上而下造成近乎线性温差。而发热体下半部温差通过石墨发热体与水冷电极
板的传导来创造。籽晶附近的温场还要依靠与水冷坩埚杆的热传导共同提供。
温度梯度法装置示意图 。
该方法主要特点：
1)晶体生长时温度梯度与重力方向相反，并且坩埚、晶体和加热体都不移动，晶体生长界面稳定、无机械扰动、浮力对流小；
2)晶体生长以后，由熔体包围，仍处于热区，可精确控制其冷却速率，减小热应力；
3)晶体生长时，固液界面处于熔体包围之中，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)生长更大尺寸的晶体时，难于创造良好的温场环境，晶体易炸裂；
5)晶体坯料需要分别进行高温氧化、还原气氛的退火处理，坯料的后续处理工艺比较复杂。
周永宗等用该方法先后生长出了直径为￠100mm、￠110mm、￠120mm的高品
质蓝宝石晶体。温度梯度法生长的蓝宝石晶体，晶体在不同部位呈现不同颜色，
一般上部为浅红色，尾部为浅黄绿色。将晶体依次经过氧化气氛、还原气氛高温
退火之后，晶体变成无色、透明，晶体的完整性、光学透过率和光学均匀性显著
提高。晶体生长设备及退火前与退火后的晶体如图所示。
1.隔热板；
2. 热元件；
3. 坩埚；
4. 石墨电极；
5. 水冷管
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