改良式溶液法之TGS輿KDP單晶成長

Abstract

本論文研究目的在於設計一套溶液法長晶設備，並以電腦控制系統改善長晶情況，以 便能改良單晶的成長速率及品質。 研究中，設計的長晶設備分別適用於降溫法及恆溫對流法。設計中，除了加裝導流圓 柱筒及渦輪用於驅動溶液循環之外，另採用可隨溶液自由轉動之轉盤式晶種支撐架， 以便解決溶液於晶體表面附近滯流之問題。此外, 另裝設電燈泡取代熱阻絲當熱源， 如此可減低熱源的熱質量(thermal mass)並改善溶液之溫度獵追(hunting) 現象。利 用熱敏電阻控測溶液溫度，再經由自動回饋溫控線路來控制燈泡加熱所需之亮度，使 溫控穩定度約到±0.001℃。 在降溫法長晶之實驗，為改善因溶解度及熱敏電阻之非線性溫度變化，導致初期長晶 之降溫速度太快而後期之降溫速率太慢的問題。實驗設計以電腦輔助系統來控制降溫 速率，使得晶體半徑之成長速度為定值。此系統不僅能任意設定長晶速率，並能克服 以往長晶時無法避免的沉澱及溶液滯流等問題，亦改善了晶體之品質，是溶液法單晶 成長技術之一項改善。 實驗中，以上述之方法成長TGS 及KDP 單晶。TGS 為鐵電性(ferroelectric) 晶體， 在室溫時具有焦電性(pyroelectric)材料之特性；目前已被廣泛地應用於單元或多元 陣列之紅外線偵測器製造。KDP 亦為鐵電性晶體，在室溫地具有壓電性(piezoelectr ic)材料之特性，是製造二次諧波產生(second-harmonic generation)之良好材料。