导模法

导模法是从熔体人工制取单晶材料的方法之一，即边缘限定薄膜供料提拉生长技术。它是将留有毛细管狭缝的模具放在熔体中，熔液借毛细作用上升到模具顶部，形成一层薄膜并向四周扩散，同时受种晶诱导结晶，模具顶部的边缘可控制晶体呈片状、管状或所需的某种几何形状产出。这种方法用于定型生长单晶材料，也用于制取人造钇铝榴石、钆镓榴石、合成刚玉及合成变石猫眼等。

简介导模法(Edge-Definde Film-Fed Grawth，EFG)是在模具限定枝蔓生长方法基础上发展起来的，最初是用于从熔体中生长α-Al2O3及其他如MgO、ZrO的晶体纤维，该方法在不断改进。用这种工艺可以从AI2O3的熔体中直接生长出圆管、平板、矩形截面方管和任意截面形状的管材，可以从熔体中直接生长蓝宝石整流罩。与由单晶棒加工成整流罩相比有很大的优越性，节省材料，更重要的是因蓝宝石硬度很大，节省了切割研磨加工成本。

特点导模法作为一种晶体生长方法，和其他生长方法相比较，有以下一些特点：

(1)可以用一个很小的籽晶从熔体中生长各种形状的Al2O3单晶体，如单晶棒、单晶管、多孔单晶管、单晶板、矩形截面单晶和圆桶状单晶。

(2)单晶生长发生在毛细管的顶端面上，远离坩埚中的熔体表面。因而通常要维持固一液界面的恒定，丽采取的坩埚升温机构已经不需要了。

(3)生长界面附近及生长晶体中能够很容易地用热屏蔽和冷却系统实现所预期的温度分布，这是因为固一液界面的位置始终是维持不变的。因此，有可能实现很高的生长速率。

(4)生长界面远离熔体表面，因而连续加料引起的热扰动以及加热功率变化引起的热扰动传递到毛细管顶端时已经衰减得很小了，不会对生长的晶体造成影响。1

(5)一个坩埚中可以同时生长许多直径不等的单晶体。

原理任何熔体的表面都存在有表面自由能，单位面积的自由能称为表面张力，其方向平行于表面而且各个方向大小相等。熔体和气体相接触，接触面称为表面。熔体和固体接触则接触面称为界面，当然，任何两相相接触的面都可以称为界面。界面张力就是表面张力，界面张力的大小和两相原子结合力的大小成反比，两相间原子结合力越大则界面张力越小，原子结合力越小则界面张力越大。例如，水在玻璃板上，原子结合力强，界面张力小，而水银在玻璃板上，原子结合力很小，因而，界面张力很大。

导模法就是基于毛细管作用生长蓝宝石单晶体的一种方法，借助于毛细管生长晶体的关键因素：

①毛细管材料的选择，熔体一定要和毛细管材料是浸润的。

②是毛细管材料浸入熔体中不会因熔解造成污染。在实验上发现钼用作Al2O3熔体的毛细管完全可以满足上述两个条件，它使蓝宝石晶体中仅含有5×10-6的钼。

工艺流程导模法晶体生长方法就是利用了毛细管中液面上升的原理，但是晶体的生长不是发生在毛细管中，而是在毛细管的上表面。

导模法生长蓝宝石装置如下图所示。

图(a)表示了所使用的模具，图(b)则是晶体生长装置示意图，图(c)是生长的晶体。在蓝宝石晶体生长中所用的模具材料是钼。一根钼棒沿着纵向有若干毛细孔(直径约0.7mm～0.75mm)位于一个圆周上。在模具下端每个毛细孔通过一个水平方向孔与外部相通，把模具放入坩埚中心位置。用感应加热或电阻加热熔化Al2O3碎块(Al2O3的熔点约2050℃)，熔体通过模具水平侧孔进入毛细管中。2

本词条内容贡献者为:

李晓林 - 教授 - 西南大学