（材料物理與化學(xué)專業(yè)論文）TeOlt2gt晶體生長與特性研究.pdf

上海大學(xué)砸十研究生學(xué)位論文 摘要 二氧化碲( t e 0 2 ) 晶體作為一利t 性能優(yōu)良的聲光晶體材料廣泛應(yīng)用于聲光偏 轉(zhuǎn)器、聲光調(diào)制器和聲光濾波器等各類聲光器件，是目前在可見光、近紅外和中 紅外光譜區(qū)優(yōu)先選用的聲光介質(zhì)材料，特別是在光信息處理領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用 前景。和坩堝下降法相比，提拉法生長工藝有著避一步提高晶體質(zhì)量的潛力。因 此，研究提拉法生長t e o ：晶體有著十分重要的意義。 本論文的主要目的是通過改變提拉法生長t e 0 2 晶體過程中固液界面的形狀 來進(jìn)一步提高晶體質(zhì)量。因此，本論文中主要研究了t e 0 2 晶體生長過程中改變 工藝參數(shù)對(duì)固液界面形狀的影響，分析了固液界面與位錯(cuò)分布及散劓現(xiàn)象之怕j 的 關(guān)系，探討了改變工藝參數(shù)來降低位錯(cuò)密度、消除散射現(xiàn)象的工藝措施。主要的 研究結(jié)果如下： l 、采用有限元模擬方法研究了提拉法生長t e 0 2 晶體過程中，在一定溫度梯 廢和提拉速率條件下，晶體旋轉(zhuǎn)速率改變對(duì)固液界面形狀的影響。在有限元模型 中同時(shí)考慮了品體和熔體中的溫度場及熔體中的速度場。在溫度梯度為1 5 - 2 0 4 c c m 和提拉速率為o 8 一l m m h 條件下，模擬分析了晶體旋轉(zhuǎn)速率分別為0 、1 0 、 2 0 、3 0 和4 0 r p m 五種情況下的固液界面的形狀。模擬結(jié)果顯示，隨著晶體旋轉(zhuǎn) 速率的增加，固液界面形狀經(jīng)歷了出凸到平再到凹的過程，模擬結(jié)果與實(shí)際晶體 生長中所觀察到的結(jié)果相一致。模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于t e 0 2 晶體，在 固定的溫度梯度和提拉速率條件下，改變晶體的旋轉(zhuǎn)速率可以有效地改變固液界 面的形狀。 2 、研究了提拉法生長t e 0 2 晶體固液界面形狀與晶體生長習(xí)性的關(guān)系，分析 了晶體生長習(xí)性對(duì)位錯(cuò)分布的影響，探討了通過改變固液界面形狀來降低位錯(cuò)密 度的工藝措施。結(jié)果顯示，t e 0 2 晶體固液界面對(duì)位錯(cuò)分布的影響可以歸結(jié)為提 拉法生長條件下生長習(xí)性對(duì)t e 0 2 晶體位錯(cuò)分和的影響。t e 0 2 晶體 l i o 面簇是其 習(xí)性砸，并支g a 了彎曲固液界面上的小面生長。依掘小面生長與固液界面曲率半 徑的關(guān)系，通過改變晶體旋轉(zhuǎn)速率來控制界面形狀，使得提拉法彎曲界面條件下 t e q 晶體的生長習(xí)性受到了限制，t e 0 2 晶體的質(zhì)量得到了提高，腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果 顯示其位錯(cuò)密度為2 1 0 3 c m 2 ，雙品搖擺曲線測量結(jié)果顯示其半峰寬最小僅為 上海大學(xué)碗卜研究生學(xué)位論文 5 4 ”。 3 、研究了t e 0 2 晶體中散刺現(xiàn)象的形成原因，探索了散射現(xiàn)象與固液界面及 工藝參數(shù)之間的聯(lián)系。結(jié)果表明，由氣泡、“熔體包藏”和雜質(zhì)顆粒構(gòu)成的散射 顆粒是造成t e 0 2 晶體中的散射現(xiàn)象的主要原因，并以氣泡為主。氣泡的形成與 固液界面形狀有關(guān)，“熔體包減”的形成與固液界面的穩(wěn)定性有關(guān)，而雜質(zhì)的出 現(xiàn)與溶質(zhì)邊界層的厚度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫度梯度為1 5 。2 0 。c c m 和提拉速率為 o 8 一l m m h 條件下，進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)，調(diào)整旋轉(zhuǎn)速率為2 5 3 0 r p m ，在微凹的 界面條件下，可以消除散射現(xiàn)象，得到了具有較高質(zhì)量的t e o z 晶體，在其透光 范圍內(nèi)，可見光區(qū)和近紅外光區(qū)的吸收率低于0 1 ，中紅外光區(qū)的透過率達(dá)到了 8 0 ，優(yōu)于國外文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果，顯示了較高的光學(xué)性能。 關(guān)鍵同：t e 0 2 晶體，提拉法，固液界而，位錯(cuò)分布，晶體散射 生塑= ! ! ；蘭塑! 竺塑圭蘭篁堡苧 一一一 a b s t r a c t a so n eo ft h em a i na c o u s t o - o p t i c a l ( a o ) c r y s t a l s ，p a r a t e l l u r i t e ( t e 0 2 ) c r y s t a l s a r ew i d e l ya p p l i e di nt h ef i e l do f a od e v i c e s ，s u c ha sa os h i f t e r s ，a om o d u l a t o r s a n d a of i l t e r sf o rl a s e rl i g h tt e 0 2s i n g l ec r y s t a l h a sv e r ye x c e l l e n t a c o u s t o o p t i c a l p r o p e r t i e s ，w h i c h c a r lb eu s e da sap r i n c i p a la c o u s t o o p t i c a lm e d i u mm a t e r i a l i n v i s i b l e ，n e a r - i n f r a r e d a n dm i d d l e i n f r a r e dr e g i o n ss u c hc o m b i n a t i o no fp r o p e r t i e s a l l o w si tt ob ec o n s i d e r e da s o n eo ft h em o s t p r o m i s i n g m a t e r i a l si n o p t i c a l i n f o r m a t i o np r o c e s s i n gs y s t e m s i nc o n t r a s t t o “b r i d g m a n ”，c z o c h r a l s k ig r o w t h t e c h n i q u ec a np o t e n t i a l l yp r o v i d ef o rb e t t e rt e 0 2c r y s t a lq u a l i t ya n d t h ei n v e s t i g a t i o n o ni ti so f g r e a ti m p o r t a n c e t h em a i np u r p o s eo ft h i sp a p e ri s 幻f u r t h e ri m p r o v et h ec r y s t a lq u a l i t yo ft e 0 2 c r y s t a lg r o w nb yc z o c h r a l s k im e t h o dt h r o u g hc h a n g i n gs o l i d - m e l t i n t e r f a c e s h a p e t h e e f f e c to fc h a n g i n gg r o w t hp a r a m e t e r so ns o l i d m e l ti n t e r f a c es h a p eh a sb e e ns t u d i e d t h er e l a t i o n sb e t w e e ns o l i d m e l ti n t e r f a c ea n dg r o w t hh a b i t ，d i s l o c a t i o nd i s t r i b u t i o n o ft e 0 2c r y s t a lh a v eb e e na n a l y z e d t h et e c h n o l o g i c a lm e a s u r e sw e r ee x p l o r e df o r r e d u c i n gt h ed i s l o c a t i o nd e n s i t ya n de l i m i n a t i n gt h es c a t t e r i n gp h e n o m e n ao f t e 0 2c r y s t a l t h r o u g hc h a n g i n gt h es o l i d m e l t i n t e r f a c es h a p e t h em a i nr e s u l t so b t m n e di nt h i s w o r ka r ea sf o l l o w s ： 1 t h ei n f l u e n c eo fc r y s t a lr o t a t i o no nt h ei n t e r f a c es h a p ed u r i n gc z o c h r a t s k ic r y s t a l g r o w t hw i t ht h ef i x e dt e m p e r a t u r eg r a d i e n ta n dp u l l i n gr a t ew a sa n a l y z e db yf i n i t e e l e m e n tm e t h o d t h et e m p e r a t u r ef i e l d so fc r y s t a la n dm e l ta sw e l la st h ev e l o c i t y f i e l dw e r ec o n s i d e r e di nt h es i m u l a t i o n s w ep e r f o r m e ds o l i d - m e l ti n t e r f a c ea n a l y s e s o ft e 0 2c r y s t a lw i t hf i v ed i f f e r e n tc r y s t a lr o t a t i o nr a t e s ，2 0 ，10 ，2 0 ，3 0a n d4 0 r p m w i t ht h et e m p e r a t u r eg r a d i e n to f1 5 - 2 0 。c c ma n dt h ep u l l i n gr a t eo f0 8 l m m h ，t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ei n t e r f a c es h a p ec h a n g e sf r o mc o n v e xt oc o n c a v e t o w a r dt h em e l t w i t ht h ei n c r e a s eo ft h ec r y s t a lr o t a t i o nr a t e t h er e s u l t so ft h e s i m u l a t i o na r ei nc o n f o r m i t yw i t ht h o s eo ft h ee x p e r i m e n t t h e s er e s u l t ss h o wt h a tt h e r o t a t i o nr a t ed u r i n gt e 0 2c r y s t a lg r o w t hh a sas i g n i f i c a n te f f e c to nt h ec h a n g eo ft h e i i j 上海大學(xué)碩：j ：研究生學(xué)位論文 s o l i d m e l ti n t e r f a c es h a p e 2 t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h es h a p eo fs o l i d - m e l ti n t e r f a c ea n dc r y s t a lg r o w t h h a b i to ft h et e 0 2c r y s t a lg r o w nb yc z o c h r a l s k im e t h o dw a ss t u d i e da n dt h ee f f e c to f t h eg r o w t hh a b i to ft e 0 2c r y s t a lo nt h ed i s t r i b u t i o no fd i s l o c a t i o n sa n a l y z e d t h e t e c h n o l o g i c a lm e a s u r e sw e r ee x p l o r e df o rr e d u c i n gt h e d i s l o c a t i o nd e n s i t yt h r o u g h c h a n g i n gt h es o l i d m e l ti n t e r f a c es h a p e t h er e s u l t ss h o w t h a tt h ee f f e c to fs o l i d m e l t i n t e r f a c es h a p eo nt h ed i s t r i b u t i o no fd i s l o c a t i o n sc a l lb er e g a r d e da st h ee f f e c to f g r o w t hh a b i to nt h ed i s t r i b u t i o no fd i s l o c a t i o n st h e 11 0 f a c e t s ，w h i c hc o n t r o lt h e f a c e tg r o w t ho nac u r v ei n t e r f a c e ，a r eh a b i tf a c e so f y e 0 2c r y s t a l t h eg r o w t hh a b i to f t e 0 2c r y s t a lw a sl i m i t e db yc h a n g i n gt h ec r y s t a lr o t a t i o nr a t ea n dt h e s h a p eo f i n t e r f a c e ，b a s e do nt h er e l a t i o nb e t w e e nf a c e tg r o w t ha n dt h er a d i u so fs o l i d - m e l t i n t e r f a c e h i g hq u a l i t yt e 0 2c r y s t a lw i t hd i s l o c a t i o nd e n s i t yo f2 1 0 3 c m 2a n dt h e f w h mo f 5 4 “w a so b t a i n e d 3 t h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo fs c a t t e r i n gp h e n o m e n ao ft h et e 0 2c r y s t a lh a sb e e n s t u d i e d t h er e l a t i o n sb e t w e e ng r o w t hp a r a m e t e r sa n d s c a t t e r i n gp h e n o m e n a ，c r y s t a l d e f e c t sh a v eb e e ne x p l o r e d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t s c a t t e r i n gp o w d e r s ， w h i c ha r e c o m p o s e do fb u b b l e s ，“m e l ti n c l u s i o n s ”a n di m p u r i t i e s ，a r eap r i n c i p a l r e a s o nf o rs c a t t e r i n gp h e n o m e n ai nt e 0 2c r y s t a l s t h eb u b b l e sa r e p r i n c i p a ls c a t t e r i n g p o w d e r s ，w h i c hm a i n l yr e l a t e t os o l i d m e l ti n t e r f a c e s h a p e ，t h e “m e l ti n c l u s i o n s r e l a t et ot h es t a b i l i t yo fs o l i d m e l ti n t e r f a c e ，a n dt h ei m p u r i t i e sr e l a t et ot h et h i c k n e s s o fs o l u t eb o u n d a r yl a y e r a tt h et e m p e r a t u r eg r a d i e n to f15 - 2 0 c c m ，t h ep u l l i n gr a t e o f0 8 一l m m h ，t h er o t a t i o nr a t eo f 2 5 3 0 r p m ，as l i g h t l yc o n c a v ec r y s t a l m e l ti n t e r f a c e o c c u r sa n d h i g h q u a l i t yt e 0 2c r y s t a l s w e r e s u c c e s s f u l l yg r o w nb y c z o c h r a l s k i m e t h o d ，w h o s ev i s i b l ea n dn e a r - i n f r a r e da b s o r p t i o nc o e f f i c i e n ti sb e l o w0 1a n d m i d d l e i n f r a r e d t r a n s p a r e n c e i sm o r e8 0 9 6 ，b e tt e rt h a nd a t a r e p o r t e db y th e 1 j1e r a t l u r e s k e yw o r d s ：t e 0 2c r y s t a l ，c z o c h r a l s k im e t h o d ，s o l i d - m e l ti n t e r f a c e ，d i s l o c a t i o n s d i s t r i b u t i o n ，c r y s t a ls c a t t e r i n g ， v 上海大學(xué)碩士學(xué)位論文 原創(chuàng)性聲明 本人聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作。 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已發(fā)表 或撰寫過的研究成果。參與同一工作的其他同志對(duì)本研究所做的任何 貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 簽名：三渤曰期迦幺互z 本論文使用授權(quán)說明 本人完全了解上海大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué) 校有權(quán)保留論文及送交論文復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？?以公布論文的全部或部分內(nèi)容。 ( 保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 簽名：= = 緝導(dǎo)師簽名：疊! 墊日期：邊幺主：絲 海人學(xué)壩f j 州究生學(xué)位論文 第一章文獻(xiàn)綜述 自激光器問世以來，人們就致力于用聲光互作用的原理來控制激光束的位置 和強(qiáng)度。隨著光通信技術(shù)、微電子技術(shù)及聲光材料的發(fā)展，聲光調(diào)制器、聲光偏 轉(zhuǎn)器、聲光濾波器等各種基礎(chǔ)聲光器件已相當(dāng)廣泛地應(yīng)用于各種不同的領(lǐng)域中。 特別是像t e 0 2 ( o t e 0 2 ) 這樣優(yōu)質(zhì)的聲光材料的出現(xiàn)，使各種聲光器件的性能 獲得了很大的提高。 t e 0 2 晶體是一種重要的聲光晶體材料，也是制備優(yōu)良性能聲光器件的重要 材料，在聲光器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。a r l t 等人采用提拉法( c z o c h r a i s k i ) 在 1 9 6 8 年首次人工生長出這種晶體。t e 0 2 晶體的應(yīng)用，自上世紀(jì)七十年代以來就 引起人們很大的興趣。因而，對(duì)于t e 0 2 晶體的研究也在廣闊的領(lǐng)域內(nèi)不斷地進(jìn) 行。這些研究涉及晶體結(jié)構(gòu)、晶體性質(zhì)、晶體生長技術(shù)及實(shí)際應(yīng)用等諸多方面。 盡管t e o z 晶體存在生睦技術(shù)復(fù)雜、生長成本高的缺點(diǎn)，但是由于t e o ：單晶 具有很高價(jià)值的聲光質(zhì)量和品質(zhì)因素，所以目前在可見光、近紅外光譜區(qū)t e 0 2 晶體依然是優(yōu)先選用的聲光介質(zhì)材料。因此，研究 l e o ：單晶生長，特別是從理 論上闡明其質(zhì)量影響機(jī)理，并以此來指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)則具有更加現(xiàn)實(shí)的意義。 1 1 t e 0 2 晶體的結(jié)構(gòu)和成分 t e 0 2 晶體是一種優(yōu)良的聲光晶體，屬于四方晶 系，具有列位黃磷礦結(jié)構(gòu)，岜稱畸變會(huì)紅石結(jié)構(gòu)，點(diǎn) 群為4 2 2 ( d 4 ) 1 2 1 , 空j 刮群為p 4j 2 1 2 ，晶體的對(duì)稱要 素為l 4 4 l 2 ，晶胞參數(shù)a = b = 4 7 9 6a ，c = 7 6 2 6a 吼 這種結(jié)構(gòu)決定了t e 0 2 晶體的最大特點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)和性 質(zhì)上的各向異性。同時(shí)，作為聲光晶體，各向異性的 特點(diǎn)增加了其聲光性能優(yōu)化的自山度。圖1 1 為其品 胞結(jié)構(gòu)示意圖。在圈中，t e 原子與周圍四個(gè)o 原子 成鍵，構(gòu)成該晶體的基本結(jié)構(gòu)單元q o 。多面體， 幽1 - i t e 0 2 品體品胞結(jié)構(gòu)幽 j ：海人學(xué)壩i 。研究生學(xué)位論義 四面體之陽j 則以共用頂角相連接。在每一個(gè)這樣的多面體中，四個(gè)y e o 鍵的鍵 長是不同的，其中虛線表示的鍵長約為o 2 1 2 r i m ，實(shí)線代表的鍵長約為0 1 8 8 n m 。 從當(dāng)日口的研究看，二氧化碲具有不同結(jié)品形態(tài)( 如c l 、p 、y 、6 ) ，表1 1 總結(jié)了二氧化碲的一些物理性質(zhì)。但是，目前還只有a 型二氧化碲晶體能夠人工 生長。圖i - 2 是t e 0 2 晶體的相圖。 表i 1 一氧化礎(chǔ)的物理性質(zhì)( 4 物性數(shù)值物性數(shù)值 熔點(diǎn)1 0 0 57 k 熔化熱 a h = 2 9 2 8 8k j t o o l 升華熱h = 2 4 68k j t o o l 生成白由能 g 2 9 8 2 6 98k j t o o 蒸汽壓( 蚓) l o g p ( p a ) = a b t 密度 6 0 0 9 e r a 3 汽化熱h = 2 1 63k j m o l 生成熱 h 2 9 8 3 2 5 3k j t o o l 顏色c i 一向，p 一黃，y 一向 a = 1 44 5 2 ，b = 13 2 2 2 ： a = 1 2 2 7 3 8 b = 1 1 3 0 0 w e i g h tp h c e n t t e l l u r i u m o2 0 os o o7 0 o9 01 0 0 ”7 7 + l ，1 、 i ”| i 7 i 。i 、i 1 1 1 k + o 、a 一一一一一一璺! 翼一一二y ki k + k i i , i l p 7 ”。c 7 】l 。c + 一：h 竺。三一t 一 of _ - - 柏c ： i1 i1 洲 f 啦 一o i o a t o i i i i cp e r c e n tt c i l u d m 蚓1 27 r e 0 2 品體相幽 1 0 0 t e 海人掌壩卜j i f | 究生學(xué)位論文 1 2 t e 0 2 晶體的基本性能 t e 0 2 晶體的結(jié)構(gòu)和基本特性總結(jié)在表1 2 中。t e 0 2 晶體的化學(xué)性能較為穩(wěn) 定，不溶于水，微溶于稀酸和堿，呈無色透明狀，其透光區(qū)為3 3 0 5 5 0 0 r i m ，在 整個(gè)可見光范圍內(nèi)完全透明。受4 2 2 晶類晶體對(duì)稱性的限制， l e 0 2 晶體沒有對(duì) 稱中心，故具有旋光性，而且是左旋正單軸晶體。 盡管具有諸如晶體生長技術(shù)復(fù)雜、生產(chǎn)成本高的缺點(diǎn)，但是t e 0 2 晶體因其 具有很高價(jià)值的聲光質(zhì)量和品質(zhì)因素，依然在光計(jì)算、光通訊和光顯微成像等技 術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。 表i 2t e 0 2 品體的性能【23 ，5 ，6 ，7 】 分子式teo， 品體結(jié)構(gòu)四方品系d 。4 2 2 品格常數(shù)a = b = 47 9 6 a ，c = 76 2 6 a 密度 6 0 c m 3 分子簟】5 9 6 1 熔點(diǎn)7 3 3 硬度4mohs 顏色 透明無色 透光范同3 3 0 n m 一5 0 0 0 n m 熱膨脹系數(shù)( 2 0 c ) 1 95 1 0 。1 6 ，1 0 1 0 6 折射率x = 0 6 3 2 8um n o = 2 2 6 f i e = 24 】 = o5 8 9 0 l a m n o = 22 7 4 n c = 24 3 0 熱導(dǎo)率( m w c m k )3 0 機(jī)械抗阻( k g m s e c ) 3 6 1 0 6 聲速( k m s e c ) 剪切波0 6 】7 縱波4 ，2 6 聲光優(yōu)值 m 1 = ( 6 8 ，6 1 4 2 ) 1 0 。7g i t l 2s e c t g m 2 = ( 】2 0 0 3 45 ) 1 0 1 8s e e 3 g 海人學(xué)壩l ：訓(xùn)究生學(xué)位論義 1 3 t e o ：晶體的研究歷程 t e 0 2 晶體是六十年代術(shù)發(fā)現(xiàn)的具有優(yōu)良聲光性能、可以用于可見光和近紅外 范圍的聲光材料。由于其具有的某些顯著性質(zhì)，t e 0 2 晶體在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域和工程 應(yīng)用領(lǐng)域都吸引了人們的注意。如今，以t e o z 晶體為聲光介質(zhì)的聲光器件不僅在 實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)、光傳感技術(shù)和光計(jì)算技術(shù)等軍事方面有著廣闊的應(yīng)用，在國 計(jì)民生和工業(yè)技術(shù)方向的應(yīng)用也越來越廣泛。 1 3 1 t e 0 2 晶體結(jié)構(gòu)的研究 二氧化碲晶體的特殊性質(zhì)取決于其晶體結(jié)構(gòu)。在通常條件下，二氧化碲存在 兩種常見的異形體，即：a - t e o ：瞄p 4 ，2 1 2 ) 和b - r e o , ( d 撬p b c a ) 。在這兩種晶體結(jié) 構(gòu)中，每個(gè)t e 原子直接與四個(gè)鄰近的0 原子成鍵，構(gòu)成了其基本結(jié)構(gòu)單元 t e 0 4 多面體基元。但是，由于受t e 原予5 s 2 孤對(duì)電子的影n 向1 e o 。多面體具有 畸變的雙棱錐結(jié)構(gòu)。這些t e 0 4 多面體結(jié)構(gòu)單元，在o t * 0 2 晶體中，形成的是 共用頂角的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在b t e 0 2 晶體中則是形成共用頂角和邊的兩維網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)，分別如圖l ，3 ( a ) 、( b ) 所示f g 】。 圖1 3 二氧化碲品體品格x y 平面投影幽f 8 對(duì)于t e 0 2i 羈體壓力引入相變的研究，也曾吸引了許多學(xué)者的注意。p e e r c y 和f r i t z l 9 1 借助超聲波、布早淵散射和介電常數(shù)測量等手段，研究發(fā)現(xiàn)室溫下約 9 k b a r 時(shí) l e 0 2 品體存在由四方品系到正交品系的相變。k o u r o u k l i s 等人m 0 利用 上海大學(xué)碳十 i j | _ 究生學(xué)位論史 拉曼技術(shù)研究了t e 0 2 晶體的結(jié)構(gòu)相變。m in g 和m a n g h n a n i 1 1 1 則發(fā)現(xiàn)在約1 2 0 k b a r h 寸t e 0 2 晶體存在p b c l 2 型結(jié)構(gòu)。除此以外，還有一些基于中子衍射、x 。r a y 衍射 和高壓震動(dòng)光譜等方法對(duì)二氧化碲晶體同質(zhì)多晶現(xiàn)象的研究【1 2 - 1 4 。 國外學(xué)者u s 在對(duì)純二氧化碲玻璃的研究中，發(fā)現(xiàn)了兩利一新的晶相：v 一和6 一t e 0 2 。從x r d 研究顯示，y t e 0 2 屬于正交晶系，晶胞常數(shù)分別為：a = 8 , 4 5 a ， b = 4 9 9 a ，c 。4 3 0 a ，z = 4 。6 一t e 0 2 屬于立方晶系，晶胞常數(shù)分別為：a = 5 6 9 a ， z = 4 。他們在研究中發(fā)現(xiàn)6 一t e 0 2 晶相包含了a 一、p 一和y 一丁e 0 2 晶相所有的結(jié)構(gòu) 特征。圖i - 4 是四種晶相和純二氧化碲玻璃的拉曼光譜圖。目前，y t e o ，晶相 的結(jié)構(gòu)研究仍在繼續(xù)b 6 1 。 倒i - 4 不同_ 二氧化碲品體結(jié)構(gòu)類7 與純t e 0 2 玻璃的拉曼光譜 ( a ) o t e 0 2 ( b ) p t e 0 2 ( c ) y t e 0 2 ( d ) 6 一t e 0 2 ( e ) 純- 二氧化硫玻蛸 1 3 2 t e 0 2 晶體性質(zhì)的研究 t e 0 2z 孫體能夠得以1 泛應(yīng)用，主要是山于其具有的一些優(yōu)良的物理、化學(xué) 性質(zhì)。針剝t e 0 2 晶體性質(zhì)的研究涉及其聲學(xué)、光學(xué)、彈性、化學(xué)鍵性能等諸 海人學(xué)壩i + 聊究生學(xué)位論文 多方面。 b e l y j 17 1 等人研究了超聲波在 l e 0 2 晶體中( j 1 0 ) 和( 0 0 1 ) 平面?zhèn)鞑サ奶匦浴?g a b u d a 等人0 1 8 1 通過”5 t e n m r 研究發(fā)現(xiàn)，由于在分子間電場作用下t e 4 + 離 子的強(qiáng)烈極化以及t e - t e 鍵問構(gòu)成的5 s 2 電子通道使得t e t e 削產(chǎn)生交互作用， 從兩解釋了為什么通常呈惰性的5 s 2 電子在t e 0 2 晶體中卻是“活躍的”。 t e 0 2 晶體作為聲光晶體廣泛應(yīng)用于聲光偏轉(zhuǎn)器、聲光調(diào)制器和聲光可調(diào)濾 波器中。用于聲光可調(diào)濾波器的材料要求具有光學(xué)雙折射，目的是為了在入射光 的廣角分布范圍內(nèi)得到滿意的聲光互作用的相位匹配。聲光偏轉(zhuǎn)器和調(diào)制器雖然 不需要光學(xué)雙折射，但是在光學(xué)雙折射晶體內(nèi)，可以獲得接近f 切形的相位匹配。 孩匹配在給定的相對(duì)帶寬情況下能使互作用長度增加。與各向同性衍射相比，它 具有互作用長度增加四倍或者更多的優(yōu)點(diǎn)。由于功率密度的減小與長度平方成正 比，當(dāng)功率密度為限定因素時(shí)，該優(yōu)點(diǎn)尤為重要。表卜3 列舉了幾種具有雙折射 性的聲光晶體的一些性質(zhì)。 表1 3 兒種破折射聲光品體的性能比較 s i m p o s o n 研究計(jì)算了t e 0 2 晶體表面波性質(zhì)及其溫度依賴性，發(fā)現(xiàn)t e 0 2 晶體表面波速度存在很大的各向異性，同吲在定的方向上表面波速度不隨溫度 變化而變化。 t a r k o v 對(duì)t e 0 2 晶體中慢剪波的空間發(fā)敞進(jìn)行了研究，探討了聲柬小空問 發(fā)散的可能性，相應(yīng)的條件被發(fā)現(xiàn)，結(jié)果顯示準(zhǔn)平行聲束是可以存在的。 針對(duì)t e 0 2 品體的雙折射性能，k l i m o v a l 24 1 研究了 l e 0 2r f 2 1 1 體的周二色性吸收 【 ：t h o m a s l 2 2 1 確定了右旋1 1 c 0 2 晶體定性的各向異性極化能力理淪，研究了t e 0 2 卜海人學(xué)壩卜研究生學(xué)位論文 品體的旋光性及其結(jié)構(gòu)起因，并定量地訓(xùn)+ 算了t e 0 2 晶體的雙折射和旋光性。 圍外學(xué)者e w b a n k 和n e w m a n l 2 3 j 對(duì) l e 0 2 品體的光學(xué)性能及線性光電予性能 進(jìn)行了研究。0 k a d a 【2 4 】等對(duì)t e 0 2 晶體的非線性響應(yīng)進(jìn)行了研究。 t a k i z a w a l 2 5 1 研究了t e 0 2 晶體光吸收系數(shù)的溫度依賴性及光反射率圖潛，結(jié) 果如圖1 5 a 、b 所示，所謂的u r b a c h 規(guī)則被詳細(xì)討論。t a k i z a w a 及其合作者口q 還研究了t e 0 2 晶體在可見光和紫外光區(qū)的折射率，而b e r n y 等人鯽則研究了 t e 0 2 晶體在紅外光區(qū)的折射率。 除此以外，還有關(guān)于t e 0 2 晶體光學(xué)活性、熱導(dǎo)率、彈光效應(yīng)等的研究1 2 8 - 3 1 。 ( a ) 嗍0 w 娃自“【“ ( b ) 劇l 一5 le 0 2 品體光吸收系數(shù)及反射率 1 3 3t e 0 2 晶體生長的研究 到目前為止，已知的t e 0 2 晶體的生長技術(shù)包括提拉法、坩堝f _ 降法和l 水熱 法。國外普遍采用提拉法，在國內(nèi)則提拉法和坩堝下降法都有使用，而水熱法閎 其效率太低、晶體太小而很少使用。 通過提拉法生長t e 0 2 晶體最早是由a r l t 等人于1 9 6 8 年完成的。其后，采 用電阻加熱或感應(yīng)加熱提拉法均生長出了t e 0 2 晶體。y a z a w a 和1 w a s a k j f 3 2 l 利 用提拉技術(shù)在19 7 1 年生長出了可供器件使用的品體，并x , j 生長條件與宏觀缺陷 的關(guān)系作了研究，州論了獲得宏則完摧品體的必要條件。我們諜題組利i 稱呱 提拉法也獲得了較火直徑的 l e 0 2 稿體1 3 3 ，l 時(shí)，液流將由自然對(duì)流占優(yōu)勢的狀態(tài) 轉(zhuǎn)換到由強(qiáng)制對(duì)流占優(yōu)勢的狀態(tài)。從表2 3 的計(jì)算結(jié)果和圖2 7 的模擬結(jié)果來看， 當(dāng)晶體旋轉(zhuǎn)速率小于2 0 r p m 時(shí)，r e 2 g r l ，界蕊呈凹形；當(dāng)晶體旋轉(zhuǎn)速率等于2 0 r p m 時(shí)，r e 2 g r 1 ， 界面近似平面，熔體的對(duì)流狀態(tài)中開始出現(xiàn)較強(qiáng)的強(qiáng)制對(duì)流，固液界面將會(huì)發(fā)生 翻轉(zhuǎn)。因此，圖2 7 所示的模擬結(jié)果較好地印證了界面翻轉(zhuǎn)理論。 ! 塑查堂竺：! ：墮塑生蘭些堡蘭一一 表2 - 3t e o j 不同旋轉(zhuǎn)速率r 的g r 數(shù)平| ir p 數(shù) 。g rr er e z g r 2 唾小結(jié) 本章采用有限元模擬方法，在軸向溫度梯度為1 8 。c c m 和提拉速率為l m m h 的條件下，對(duì)提拉法生長晶體過程中，晶體旋轉(zhuǎn)速率改變對(duì)固液界面形狀的影響 作了研究。利用二維軸對(duì)稱相變有限元模型，對(duì)晶體旋轉(zhuǎn)速率分別為0 、1 0 、2 0 、 3 0 和4 0 r p m 五種情況下固液界面形狀的模擬結(jié)果顯示，隨著晶體旋轉(zhuǎn)速率的增 加，固液界面經(jīng)歷了由凸到平再到凹的變化過程，模擬結(jié)果與實(shí)際晶體生長過程 中所觀察到的結(jié)果相一致，而且從r e 2 g r 的計(jì)算結(jié)果看，模擬結(jié)果較好地印證 了界面翻轉(zhuǎn)理論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果表明，對(duì)于t e 0 2 晶體，在固定的溫 度梯度和提拉速率條件下，通過改變晶體的旋轉(zhuǎn)速率也可以有效地控制固液界面 的形狀。 參考文獻(xiàn) 【1 x i a o b ow u ，x ug e n ga n dz e n g - y u a ng u o ，f u n d a m e n t a ls t u d yo fc r y s t a l m e l ti n t e r f a c e s h a p ec h a n g ei nc z o c h r a l s k ic r y s t a lg r o w t h ，jc r y s t a lg r o w t h ，19 9 6 ，16 9 ：7 8 6 7 9 4 【2 】 s k u m a r a q r u b a r a ne ta 1 ，g r o w t h o fp a r a t e l l u r i t e c r y s t a l s ：e f f e c t o fa x i a l t e m p e r a t u r e g r a d i e n to nt h eq u a l i t yo f t h ec r y s t a l s ，j c r y s t a lgr o w t h ，2 0 0 0 ，2 i1 ( 1 ) 2 7 6 2 8 0 海人學(xué)壩i 研究生學(xué)位論史 3 】 季小紅等，聲光品體t e 0 2 的生長及缺陷研究，人工晶體學(xué)報(bào)，2 0 0 1 ，3 0 ( 1 ) ：9 3 _ 9 8 4 】陶綁軍等，c z 法生k 粼t e 0 2 品體質(zhì)量的影響，人一l 晶體學(xué)報(bào)，2 0 0 3 ，3 2 ( 2 ) ：1 6 5 - 1 6 9 【5 】j h j e o n ga n dj s k a n g ，a n a l y t i c a l s t u d i e s0 1 3t h ec r y s t a l - m e l ti n t e f a c es h a p ei n t h e c z o c hr a l s k ip r o c e s s f o ro x i d es i n g l ec r y s t a l s ，j c r y s t a l g r o w t h ，2 0 0 0 ，2 18 ：2 9 4 3 1 2 【6 】 m b r a g l i a ，e ta 1 ，r h e o l o g y o ft e l l u r i t e g l a s s e s ，m a t e r i a l s r e s e a r c h b u l l e t i n ，2 0 0 0 ，3 5 ： 2 3 4 3 2 3 51 【7 】f k o m a t s u ，t n o g u c h ia n dy b e n i n o ，h e a tc a p a c i t yc h a n g e sa n ds t u c t u r a r e l a x a t i o n a t g l a s s t r a n s i t i o ni nm i x e d a l k a l it e l l u r i t e g l a s s e s ，j ，n o n c r y s t a l l i n es o i i d e s ，1 9 9 7 ，2 2 2 ： 2 0 6 2 1 1 【8 k r a m e s h ，e ta l ，g l a s sf o r m a t i o n i n g e r m a n i u mt e l l u r i d eg l a s s e sc o n t a i n i n g m e t a l l i c a d d i t i v e s ，j p h y sc h e m s o l i d s ，2 0 0 0 ，6 1 ：9 5 1 叭 9 】e l - m r a o u f , g l a s st r a n s f o r m a t i o nt e m p e r a t u r ea n ds t a b i l i t yo f t e l l u r i t eg l a s s e s ，j m a t e r i a l s r e s e a r c h ，2 0 0 3 ，18 ( 2 ) ：4 0 2 - 4 0 6 1o 】yo k a n oa n drf u k u d a ，n u m e r i c a ls t u d yo nc z o c h r a l s k ig r o w t ho f o x i d e s i n g l ec r y s t a l s ，j c r y s t a lg r o w t h ，1 9 9 1 ，1 0 9 ：9 4 - 9 8 【1 1 】b b a s ue ta l ，e f f e c to fc r y s t a lr o t a t i o no nt h et h r e e d i m e n s i o n a lm i x e dc o n v e c t i o n i nt h e o x i d e m e l t f oj c z o c h r a l s k ig r o w t h 、j c r y s t a l g r o w t h ，2 0 0 1 ，2 3 0 ：1 4 8 15 4 【1 2 】h k o p e t s c h ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n o ft h ei n t e r f a c ei n v e r s i o ni nc z o c h r a l s k ig r o w t ho f o x i d ec r y s t a l s ，j c r y s t a lg r o w t h ，19 9 0 ，10 2 ( 3 ) ：5 0 5 5 2 8 1 3 葉人倫洲建華，實(shí)用無機(jī)物熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊( 第2 版) ，冶金t 業(yè)出版社t 2 0 0 2 ， 北京，p p l 0 0 5 1 0 0 5 ( 1 4 】a y e c k e l ，j jd e r b ya n dvp r a s a d ，t h i r di n t e r n a t i o n a lw o r k s h o po nm o d e l i n gi nc r y s t a l g r o w t h ，j c r y s t a lg r o w t h ，2 0 0 1 ，2 3 0 ( i 一2 ) ：3 3 5 3 7 6 15 u r e s h ee ta 1 ，a n u m e r i c a li n v e s t i g a t i o no ft h ee f f e c t so fi s o - a n dc o u r r e r - r o t a t i o no nt h e s h a p eo f t h ev c zg r o w t hi n t e r f a c e ，jc r y s t a lg r o w t h ，2 0 0 1 ，2 3 0 ( i 2 ) ：1 4 3 1 4 7 16 】w m i