專利名稱：摻錳鋁酸鋰晶體的生長方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及摻錳鋁酸鋰晶體，特別是一種摻錳鋁酸鋰晶體的生長方法。該晶體 具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。
背景技術(shù)：
近十年來，鋁酸鋰作為GaN外延生長的候選襯底材料一直被人們關(guān)注，但是由 于鋁酸鋰的高熔點(diǎn)和在熔點(diǎn)溫度附近嚴(yán)重的鋰揮發(fā)等特點(diǎn)限制了鋁酸鋰晶體的生 長，而且由于鋁酸鋰晶體熱穩(wěn)定性較差(參見J. cryst Growth., 1998， 193: 127)，也 嚴(yán)重地限制了鋁酸鋰晶體的生長和應(yīng)用。目前GaN的同質(zhì)外延也公認(rèn)為解決外延生 長中一系列問題的最佳方法，而用HVPE法制備GaN自支撐襯底已成為大尺寸高質(zhì) 量新型GaN基襯底制備的主流研究方向。但是，人們?cè)诔Ｓ玫囊r底(藍(lán)寶石Sapphire, SiC等)上制備GaN基厚膜，都因應(yīng)力問題出現(xiàn)不同程度的開裂現(xiàn)象，難以獲得實(shí) 用化的GaN自支撐襯底。？LiA102與Sapphire相比，與GaN之間的晶格失配小一 個(gè)數(shù)量級(jí)，更重要的是在Y-LiAlO2(100)面上能制備出非極性的M面GaN薄膜(參 見Nature., 2000， 406: 865)。只要解決？LiA102的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性問題， Y-LiA102就可成為制備GaN厚膜的優(yōu)選材料。同時(shí)丫-LiA102硬度不高，且易被酸腐 蝕，很容易將其上GaN厚膜剝落，獲得自支撐GaN襯底。
此外，對(duì)，LiA102晶體的功能開發(fā)研究也一直在進(jìn)行。Y-LiA102由于其化學(xué)和 熱穩(wěn)定性以及低輻射傷害可作為氚增殖的候選材料(參見Nucl. Mater., 1991,185: 304)， Suriyamurthy等人報(bào)道了用燃燒法合成的LiA102: F^+粉末的光致發(fā)光性能(參 見Mater. Sci. Eng. A, 2005, 403: 182)。 Bhushan等人(參見Radiation Measurements, 2008,43: 291)報(bào)道了摻錳LiA102熒光粉的光致發(fā)光和熱釋光性能。熱釋光劑量測(cè) 定技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，如輻射劑量監(jiān)測(cè)、考古研究、臨床醫(yī)療，以及持 續(xù)紅色余光材料的研究等方面，具有廣闊的市場(chǎng)前景。目前對(duì)熱釋光材料的研究多 數(shù)集中在熒光粉的制備和測(cè)試，而粉末材料操作麻煩，本底高，重復(fù)使用性能差， 在大量應(yīng)用中使用不便而受到限制，而片狀熱釋光材料可克服這些問題，國內(nèi)外也 在研發(fā)片狀熱釋光探測(cè)器。目前關(guān)于塊狀晶體的熱釋光性能已有少量報(bào)道，而摻錳 鋁酸鋰晶體有望成為片狀熱釋光探測(cè)器的候選材料之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種摻錳鋁酸鋰晶體的生長方法，獲得的摻錳鋁酸鋰晶體比 純鋁酸鋰晶體的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高，可用于GaN基襯底和片狀熱釋光探測(cè)器。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種摻錳鋁酸鋰晶體的生長方法，其特點(diǎn)在于包括下列步驟
① 摻錳鋁酸鋰晶體原料的合成摻錳鋁酸鋰晶體的化學(xué)配比式為LiMnxA102， 其中x的取值范圍為0.0005《x《0.005，選定x的值，采用千燥的純度大于99.99% 的A1203、 Li2C03禾卩Mn02作原料，并按照摩爾比A1203: Li2C03: 2Mn02=l : 1 : x， 稱取原料，將原料均勻混合，壓塊，放入剛玉坩堝內(nèi)，蓋上坩堝蓋，在馬弗爐中經(jīng) 1000-115(TC預(yù)燒，形成燒結(jié)料；
② 晶體的生長將所述的燒結(jié)料放入銥金坩堝內(nèi)并置于提拉爐中，爐中抽真空，
真空度優(yōu)于0.1Pa，充入純度〉99.99%的氮?dú)猓郎刂?750士50。C，待料全部熔化 后，恒溫2小時(shí)，生長晶體，籽晶的方向?yàn)閇100]、
或者[302]，提拉速度 為lmm/h~3mm/h，轉(zhuǎn)速為20 30rpm。
所述的籽晶為純鋁酸鋰晶體或摻錳鋁酸鋰晶體。
用本發(fā)明方法可以生長出直徑約2英寸的摻錳鋁酸鋰晶體。經(jīng)He-Ne激光照射， 該Mn慘雜LiA102晶體中無明顯散射顆粒，其結(jié)晶質(zhì)量較高，晶體的熱穩(wěn)定性和抗 水解性能比純LiA102晶體也要好，可用于GaN基襯底和片狀熱釋光探測(cè)器。


圖1是利用本發(fā)明方法生長的錳鋁酸鋰晶體的X射線雙晶搖擺測(cè)試曲線圖
圖2是本發(fā)明摻錳鋁酸鋰晶體的熒光光譜圖
具體實(shí)施例方式
下面是本發(fā)明的部分實(shí)施例，使之對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，但不應(yīng)以此限制本 發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1:
本實(shí)施例摻錳鋁酸鋰晶體的生長方法包括下列步驟
①摻錳鋁酸鋰晶體原料的合成摻錳鋁酸鋰晶體的化學(xué)配比式為LiMnxA102， 其中x的取值范圍為0.0005《x《0.005,選定^=0.0005的值，采用干燥的純度大于 99.99%的Al203、Li2C03和Mn02作原料，按照摩爾比A1203: Li2C03: 2Mn02 = 1:1: 0.0005稱取原料，將原料均勻混合，在lGPa的壓力下壓成O78X40mmS的料餅，然后放入剛玉坩堝內(nèi)，蓋上坩堝蓋，在馬弗爐中1000 1150。C預(yù)燒合成10小時(shí)，形成 燒結(jié)料；
②晶體的生長將所述的燒結(jié)料裝入中①90X80mm3的銥金坩堝內(nèi)，并裝入提 拉爐內(nèi)，密封爐膛并抽真空(優(yōu)于0.1Pa)。然后充入純度〉99.99。/。的N2氣，升溫至 1750士5(TC;待料全部熔化后，恒溫2小時(shí)；采用[100]方向的LiAlO2籽晶，提拉速 度為lmm/h，晶體轉(zhuǎn)速20rpm。生長出了O)50X60mm透明完整的LiMno.ooo5A102晶體。
另外，采用
或[302]方向的LiA102籽晶提拉，提拉速度為l~3mm/h，晶體 轉(zhuǎn)速為20 30rpm，也可生長出了①50X60mm透明完整的LiMna(KK)5A102晶體。采用 摻錳的LiA102籽晶提拉，其它生長條件不變，也可獲得O50X60mm透明完整的 LiMn0.,AlO2晶體。
實(shí)施例2:
按照摩爾比A1203 : Li2C03: 2Mn02 = 1:1: 0.003稱取純度為99.999%的干燥的 原料，混合均勻，在lGPa的壓力下壓成①78X40mmS的料餅，然后放入剛玉坩堝內(nèi)， 蓋上坩堝蓋，在馬弗爐中1000 1150。C預(yù)燒合成10小時(shí)；將燒結(jié)塊料裝入中O90X 80mr^的銥金坩堝內(nèi)，并裝入提拉爐內(nèi)，密封爐膛并抽真空(優(yōu)于0.1Pa)。然后充 入純度>99.99%的N2氣，升溫至1750±50°C;待料全部熔化后，恒溫2小時(shí)；采 用[100]方向的LiAlO2籽晶，提拉速度為lmm/h，晶體轉(zhuǎn)速20rpm。生長出了O50X 60mm透明完整的LiMnao03A102晶體。
另外，采用
或[302]方向的LiA102籽晶提拉，提拉速度為l~3mm/h，晶體 轉(zhuǎn)速為20 30rpm，也可生長出了O)50X 60mm透明完整的LiMno.oo3A102晶體。
實(shí)施例3:
按照摩爾比A1203 : Li2C03: 2Mn02 = 1:1: 0.005稱取純度為99.999%的干燥的 原料，混合均勻，在lGPa的壓力下壓成(D78X40mmS的料餅，然后放入剛玉坩堝內(nèi)， 蓋上坩堝蓋，在馬弗爐中1000 1150。C預(yù)燒合成10小時(shí)；將燒結(jié)塊料裝入中O90X 80mmS的銥金坩堝內(nèi)，并裝入提拉爐內(nèi)，密封爐膛并抽真空(優(yōu)于O.lPa)。然后充 入純度>99.99%的N2氣，升溫至1750±50°C;待料全部熔化后，恒溫2小時(shí)；采 用[100]方向的LiAlO2籽晶，提拉速度為lmm/h，晶體轉(zhuǎn)速20rpm。生長出了O50X 60mm透明完整的LiMno.oo5A102晶體。
另外，采用
或[302]方向的LiA102籽晶提拉，提拉速度為l~3mm/h，晶體轉(zhuǎn)速為20 30rpm，也可生長出了O50X60mm透明完整的LiMna()o5A102晶體。
經(jīng)測(cè)試，禾U用本發(fā)明方法生長的LiA102:Mn晶體結(jié)晶質(zhì)量較高，其熱穩(wěn)定性和 抗水解性能明顯優(yōu)于純鋁酸鋰晶片。用He-Ne激光照射無明顯散射，經(jīng)X射線雙晶 搖擺測(cè)試，其(100)面衍射峰的半峰寬(FWHM)僅為23.256秒，見圖1，表明具有較 高的結(jié)晶質(zhì)量，適合用作GaN厚膜生長的襯底。圖2顯示摻錳鋁酸鋰晶體的熒光光 譜，其中(a)為該晶體的激發(fā)譜，探測(cè)波長為639nm; (b)為該晶體的發(fā)射譜，激發(fā)波 長為400nm，可以看出該晶體在400nm的波長激發(fā)下在639nm左右出現(xiàn)了較寬的紅 光發(fā)光帶，由于純的鋁酸鋰晶體觀察不到發(fā)射光譜，因此摻錳鋁酸鋰晶體可望用作 紅色余光發(fā)光材料或者片狀熱釋光探測(cè)器的核心材料。
權(quán)利要求
1、一種摻錳鋁酸鋰晶體的生長方法，其特征在于制備過程包括下列步驟①摻錳鋁酸鋰晶體原料的合成摻錳鋁酸鋰晶體的化學(xué)配比式為LiMnxAlO2，其中x的取值范圍為0.0005≤x≤0.005，選定x的值，采用干燥的純度大于99.99％的Al2O3、Li2CO3和MnO2作原料，并按照摩爾比Al2O3∶Li2CO3∶2MnO2＝1∶1∶x，稱取原料，將原料均勻混合，壓塊，放入剛玉坩堝內(nèi)，蓋上坩堝蓋，在馬弗爐中經(jīng)1000～1150℃預(yù)燒，形成燒結(jié)料；②晶體的生長將所述的燒結(jié)料放入銥金坩堝內(nèi)并置于提拉爐中，爐中抽真空，真空度優(yōu)于0.1Pa，充入純度>99.99％的氮?dú)?，升溫?750±50℃，待料全部熔化后，恒溫2小時(shí)，生長晶體，籽晶的方向?yàn)閇100]、
或者[302]，提拉速度為1mm/h～3mm/h，轉(zhuǎn)速為20～30rpm。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻錳鋁酸鋰晶體的生長方法，其特征在于所述的籽晶 為純鋁酸鋰晶體或摻錳鋁酸鋰晶體。
全文摘要
一種摻錳鋁酸鋰晶體的制備方法，包括下列步驟(1)含錳鋁酸鋰原料的合成以氧化鋁、碳酸鋰和二氧化錳為原料按化學(xué)配比配料，將原料充分混合均勻后壓塊，然后置于剛玉坩堝中預(yù)燒；(2)晶體的生長將預(yù)燒后的原料放在銥金坩堝中，并放入晶體生長爐用提拉法生長摻錳鋁酸鋰晶體。經(jīng)He-Ne激光照射，該Mn摻雜LiAlO₂晶體中無明顯散射顆粒，其結(jié)晶質(zhì)量較高。晶體的熱穩(wěn)定性和抗水解性能比純LiAlO₂晶體也要好，可應(yīng)用于非極性面GaN自支撐襯底的制備，也可望用于熱釋光探測(cè)器中。
文檔編號(hào)C30B29/10GK101440515SQ20081020120
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者周圣明, 輝 林, 軍 王, 浩 騰 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所