静磁场晶体生长炉设计与晶体生长

发布时间：2023-05-19 00:13

　　布里奇曼法(Bridgman)是生长大尺寸弛豫铁电单晶的重要方式,但由于地球重力的存在,使得高温熔体中存在热对流,很难保证边界层的稳定性,生长出来的晶体存在成分不均匀现象,缺陷较多,各项性能较低。由于直流静磁场对导电熔体中的对流有抑制作用,本文在积累前人经验并结合自身课题的基础上,自行设计并搭建了一套外加C型横向磁场的Bridgman缩腰式单晶生长炉,用于减少弛豫铁电单晶生长过程中的成分偏析现象;采用高温溶液法生长了稀土掺杂的PZN-9PT单晶,对晶体的性能进行了研究,为后续在磁场下采用布里奇曼法生长PZN-9PT单晶的工艺参数提供科学依据。为了能够有效地提高磁场强度,设计并搭建了缩腰式Bridgman单晶炉,外形尺寸为740 mm×500 mm×745 mm;单晶炉采用全硅钼棒的加热方式,用含锆的1460和1260型耐火纤维以及多晶莫来石搭配氧化铝空心球耐火砖做炉体的保温层和耐火层,可以在减小炉体体积的同时提升单晶炉的保温性能。通过多次升温实验发现,单晶炉可提供0℃-1400℃的高温环境,能够满足实际使用要求。设计了 C型直流静磁场装置(即电磁铁),用DT4E电工纯铁材质的磁芯、DT...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
主要符号表
1 绪论
    1.1 晶体常用的生长方法及熔体对流分类
        1.1.1 晶体的常用生长方法
        1.1.2 熔体对流的分类
    1.2 抑制熔体对流的方法
        1.2.1 微重力
        1.2.2 温场调控
        1.2.3 外加磁场
    1.3 外加磁场类型及其应用现状
        1.3.1 外加磁场的类型
        1.3.2 磁场拉晶的国内外应用情况
    1.4 磁场晶体生长炉应用现状
    1.5 掺杂PZN-9PT晶体的研究现状
    1.6 课题研究意义和研究内容
        1.6.1 课题研究意义
        1.6.2 课题研究内容
2 缩腰式Bridgman晶体生长炉设计搭建
    2.1 晶体生长炉的设计
        2.1.1 设计要求
        2.1.2 设计思路
        2.1.3 设计方案
        2.1.4 设计内容
    2.2 单晶炉炉体搭建
        2.2.1 搭建内容
        2.2.2 搭建结果
    2.3 小结
3 C型横向磁场设计
    3.1 磁场设计
        3.1.1 磁场抑制对流的原理
        3.1.2 磁场设计要求和内容
    3.2 磁路计算
        3.2.1 计算内容及方法
        3.2.2 数据整理
    3.3 小结
4 基于ANSYS Maxwell软件的磁场模拟
    4.1 仿真过程
        4.1.1 启动软件并保存新工程
        4.1.2 选择求解类型
        4.1.3 设置模型求解单位
        4.1.4 创建模型
        4.1.5 创建计算区域和激励电流加载面
        4.1.6 设置计算参数和自适应计算参数
        4.1.7 Calculator计算器的使用
        4.1.8 磁晕及磁感线模拟器的使用
        4.1.9 检验并运行程序
    4.2 仿真结果及后处理分析
        4.2.1 仿真结果
        4.2.2 仿真后处理及数据分析
    4.3 小结
5 Er/Nd和 Nd/Gd掺杂PZN-9PT晶体的生长及其性能表征
    5.1 引言
    5.2 实验设计及生长工艺
    5.3 晶体形貌与相结构
        5.3.1 晶体形貌
        5.3.2 晶体的相结构
    5.4 晶体的电学性能
        5.4.1 晶体的介电温谱
        5.4.2 晶体的介电频谱
        5.4.3 晶体的电滞回线
    5.5 晶体的光学性能
        5.5.1 晶体的紫外-可见-近红外吸收图谱
        5.5.2 晶体的上转换发射光特性
    5.6 晶体的磁学性能
    5.7 小结
6 结论及展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢



本文编号：3819277