專利名稱：一種磷酸二氫鉀單晶快速生長方法
技術領域：
本發明涉及晶體生長，尤其是涉及大口徑磷酸二氫鉀(KH2P04，簡稱KDP)單晶的快 速生長方法。
背景技術：
KDP晶體是一種綜合性能比較優良的非線性光學材料，被廣泛地應用于激光變頻、 電光調制和光快速開關等高科技領域，是人工激光變頻系統的首選材料。傳統KDP晶體生 長方法只能沿Z軸方向一維生長，晶體利用率低，生長周期長。即使在非常純凈的溶液(原 料中Fe3+、Cr3+等三階金屬離子的含量控制在百萬分之幾)中要實現KDP晶體三維點狀生長 (快速生長)，只能提高生長溶液的過飽和度來實現。但在高過飽和度下實現點狀生長，對 原料純度要求非常高，而且容易導致溶液變得不穩定，影響晶體生長和晶體質量。因此，本 發明的目的就在于提出一種新的KDP晶體快速生長方法，通過在飽和溶液中添加5M%的添 加劑碳酸鉀(K2C03)，調高溶液的pH值。鐘德高等人在人工晶體學報第35卷第6期報導， 生長溶液中的P043—離子具有較強的配位能力，能與許多金屬離子形成可溶性的配合物，溶 液PH值調高之后，配位平衡發生移動，溶液中的可溶性配合物和金屬雜質離子(Fe3+、Cr3\ Al3+)濃度發生變化，在其影響下臨界成核半徑增大，生長溶液穩定性提高。這使得晶體快 速生長在普通的慢速生長槽中和純度較低的原料情況下亦可實現，而且可以工程放大，實 現在大的晶體生長槽中生長出大尺寸的KDP晶體。

發明內容
本發明目的在于溶液降溫法快速生長大口徑KDP晶體，但改變了以往只在Z方向 生長的做法，采用添加劑以促進KDP晶體沿X，Y，Z三個方向同時快速生長。該方法是以二次蒸餾水為主要溶劑，加入過量的固體優級KDP原料，在65 80°C 下配制成過飽和溶液，往飽和溶液中添加碳酸鉀，傳統吊晶法準確測量飽和溶液的 飽和點后，經超細微孔(孔徑為0. 15 iO濾膜過濾后平衡18 24小時待放籽晶。籽晶采 用優質透明90° Z切的小晶片，用二次蒸溜水在綢布上磨平擦干后，用AB膠固定在朝上或 朝下生長的載晶盤上。放入烘箱內預熱至與溶液同溫度后再放入上述溶液中生長。初始過 飽和度達到7°C，即將溶液迅速降溫到比飽和點低7°C時生長，隨后初始生長階段每天降溫 量0. 3 0. 5°C為宜，隨著晶體的快速長大，每天降溫量可達1°C左右。KDP晶體的X，Y，Z 方向平均生長速度可達15mm/天。我們在型號為Fu.G.Elektronik GmbH電阻率儀上分別測定了快速生長和慢 速生長KDP晶體的電阻率，在晶片厚度同為10mm時，測得快速生長KDP晶體電阻率為 15. 12GQ cm，慢速生長晶體的電阻率為6. 57GQ cm，快速生長晶體電阻率比慢速生長的
尚o我們在PE lambdaQOO分光光度儀上測定了晶體的透過光譜，如圖1所示，快速生 長晶體的透過率與慢速的相當，達到使用器件要求。
我們測定了晶體的損傷閾值，快速生長晶體的損傷閾值在150 160°C溫區內退 火后約為15. ZJ/cn^l.OeAii，lns)，與慢速的相當，達到使用器件要求。本發明克服了 KDP晶體通常只在Z方向生長，而且長速很慢的問題。在KDP的飽 和溶液中添加5M%碳酸鉀化后顯示出幾大優點其一，晶體快速生長在普通的晶體生長槽 中即可進行，無需循環過濾裝置；其二，最重要的是能起KDP晶體生長習性調節作用，促進 KDP(x,y,z)三個方向同時快速生長。在同樣的設備條件下能獲的比傳統技術方法生長KDP 晶體高10倍的生長效率，從而大大縮短了生長周期。而且晶體Z向生長速度比X、Y方向 快，長成的晶體可以切出更多的晶體器件；其三，溶液的穩定性提高，易于實現工程化，可在 大型晶體生長槽中生長大尺寸KDP晶體；其四，與其它KDP晶體快速生長添加劑如氯化鉀、 磺基水楊酸、EDTA等相比，溶液穩定性更好，晶體生長速度更快。本發明的優點還在于采用小籽晶進行大口徑晶體生長，可以一步到位，快速地生 長出所需要的籽晶尺寸或可用晶體，操作方便，生長出的方形晶體利用率高，同時由于籽品 尺寸甚小，成錐恢復時間短，因此籽晶本身的缺陷延伸少，節省了溶液中的固體原料。


圖1為本發明制備的KDP晶體的透過光譜；圖2為正方形透明KDP晶體照片。
具體實施例方式在5000ml磨口密封玻璃缸中加入2500克AR級KDP原料，加入超純水3000ml溶 解，然后加入126克AR級碳酸鉀，升溫至70°C，溶液pH值從3. 74升至4. 84。恒溫攪拌24 小時后，待KDP原料完全溶解后，降溫用吊晶法精確測出溶液的飽和點為61. 6°C。將溶液 在高溫下通過孔徑為0. 15u的濾膜過濾后升溫至75°C過熱24h，有助于提高溶液穩定性和 減少晶體生長過程中自發結晶。用透明完整的KDP晶體90° Z切后取6X6X3(mm)尺寸 的正方小晶片作為籽晶，在二次蒸溜水潤濕的綢布上磨平擦干，用AB膠固定在優質的有機 玻璃載晶盤上，(001)面朝上，放入恒溫75°C左右的烘箱預熱后，再放入上述飽和溶液中進 行生長，并迅速將溫度降至比飽和點溫度低7°C的54. 6°C，開啟晶體轉動裝置，轉速為30轉 /分，晶體開始生長。以0. 3 1°C /天的遞增降溫量逐漸降溫，經過3天的快速生長，晶體 生長至載晶架邊緣，抽出溶液平衡至室溫時取出晶體，得到49X48X45 (mm)重量達158克 的正方形透明KDP晶體，如圖2所示。
權利要求
一種磷酸二氫鉀單晶快速生長法，其特征在于(1)添加劑氯化鉀的用量為5M％；(2)初始過飽和度達到7℃；(3)KDP晶體的X，Y，Z方向平均生長速度可達15mm/天。
全文摘要
本發明涉及一種磷酸二氫鉀單晶快速生長方法。本發明采用溶液降溫法快速生長大口徑KDP晶體，但改變了以往只在Z方向生長的做法，采用添加劑以促進KDP晶體沿X，Y，Z三個方向同時快速生長。采用小籽晶進行大口徑晶體生長，可以一步到位，快速地生長出所需要的籽晶尺寸或可用晶體，操作方便，生長出的方形晶體利用率高，同時由于籽品尺寸甚小，成錐恢復時間短，因此籽晶本身的缺陷延伸少，節省了溶液中的固體原料。
文檔編號C30B29/14GK101831700SQ20091011124
公開日2010年9月15日 申請日期2009年3月13日 優先權日2009年3月13日
發明者莊欣欣, 李國輝, 林秀欽, 汪劍成, 賀友平, 鄭國宗 申請人:中國科學院福建物質結構研究所