光学水晶产品概述

第一节 产品定义及应用特点

一、产品定义

光学水晶，英文名称optic quartz，用作各种光学材料和镜片的水晶。光学水晶用来制作光学系统中的零件，如滤光片、窗口、棱镜、旋光片等。产品广泛应用于数码相机、数码摄像机、监视器、可视电话、带摄像功能的手机以及光纤通讯等领域。

二、应用特点

光学水晶广泛用于光电子产业及各类新型光学电子元器件领域，由于用途的差异，对其品质的要求也有少许差别。如用于制造石英折射计、红外线分析窗口、光谱仪等，要求无色透明、无巴西双晶和裂缝等；若用于制作眼镜片，则要求透明，无包体和裂隙，但可以是无色，也可以是烟色和黑色。

第二节 光学水晶行业发展历程

光学水晶行业的发展，是和整个晶体产业的生长设备密切相关的。我国人工晶体材料工业经过半个多世纪的发展，在广大科技工作者的共同努力下，取得了巨大的成就，已具有较高的技术水平和较大的生产能力，而为之配套服务的晶体生长设备—单晶炉也随之得到了飞速的发展。在40多年的发展过程中，紧跟国际先进技术，使我国的晶体生长设备从无到有、从小到大、从单一品种到多品种系列化，一步一个脚印地发展壮大起来。

1、半导体硅材料生长设备

1961年，在中国科学院半导体物理所林兰英院士的亲自指导下，北京机械学院工厂（西安理工大学工厂的前身）的技术人员与半导体物理所的技术人员共同研制出了我国第一台人工晶体生长设备—TDK-36型单晶炉，并且成功拉制出了我国第一根无位错的硅单晶，单晶质量接近当时的国际先进水平，TDK-36型单晶炉荣获国家级新产品奖。TDK-36型单晶炉投料量只有1kg，拉制单晶直径Φ35mm。1973年开发了TDR-40型单晶炉，投料量3kg，单晶直径Φ50mm。1978年，开发了TDR-50型单晶炉，投料量12kg，拉制单晶直径Φ75mm。

20世纪80年代后期，我国半导体材料工业迅速发展，国内半导体材料制造厂家大量引进美国KAYEX--CG3000型软轴提拉单晶炉。为满足我国半导体材料工业不断发展的需要，1988年西安理工大学工厂承担了国家“七五”科技攻关项目，研制成功了TDR-62系列软轴单晶炉，投料量增至30kg，拉制单晶直径Φ125mm。该炉型采用软轴提拉机构，大大降低了设备高度。等径控制采用IRCON光学高温计、计算机对直径信号进行控制。我国区熔硅单晶的发展也非常快，特别是3-4寸区熔硅单晶的需求量在不断上升，为此，1989年我们研制成功TDL-FZ35型区熔炉，用以生产功率器件所需3～4寸的高质量硅单晶。该设备设置有晶体夹持机构，以保证稳定生长3-4寸单晶。在该设备中首次采用了大直径焊接波纹管副室结构，传动部件采用精密滚动丝杠、直线运动导轨、直流力矩机等精密传动机构，提高了整机的运动稳定性。其各项指标均达到国际先进水平，到目前为止仍是国内3-4寸区熔硅单晶的主要生长设备。为了满足市场对6-8寸的需求，1996年开发生产了TDR-80型直拉硅单晶炉，该炉型1997年通过部级鉴定，1998年荣获国家经贸委颁发的国家级新产品奖。1997年开发生产了TDR-70A（B）型直拉硅单晶炉，投料量达到60kg，拉制单晶直径Φ150mm。

目前国内半导体硅材料生长设备主要是国产的tdr-62系列软轴单晶炉，tdr-70a（b）、tdr-80型直拉硅单晶炉，美国的cg3000、cg6000型单晶炉和美国kayex150型单晶炉，另外，有少量的德国设备和日本设备。

2、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料生长设备

我国Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的发展从无到有已经发展构比较简单、性能比较落后。1985年前后，国内陆续引进了英国和法国的高压单晶炉，生产2″的砷化镓单晶。但由于进口设备价格相当昂贵，使得大部分生产厂家望尘莫及。为了满足国内对GaAs、InP等化合物半导体材料的需要，西安理工大学工厂于1991年开发成功了TDR-GY30系列高压单晶炉(包括TDR-30型高压单晶炉，TDR-30S三段式加热型晶炉，TDR-30SC三段式加热带磁场型高压单晶炉)，投料量4kg，拉制单晶直径Φ75mm，满足了当时国内市场的需求。同时，由于生长工艺的不同的要求，西安理工大学工厂还陆续开发了TDR-ZY40型、TDR-ZY40A型、TDR-ZY40B型系列中压单晶炉，用于生长Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料。

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料生长设备主要以国产的tdr-gy30系列高压单晶炉、英国的ci358型高压单晶炉和国产的tdr-40系列中压单晶炉为主，另外有法国的高压单晶炉和一些材料厂家自己生产的高压单晶炉。

3、激光晶体和非线性光学晶体材料生长设备

我国激光晶体属于稳步发展情况，由小直径发展到大直径，从单一品种发展到现在的多品种，一些新型材料还具有我国自己的自主知识产权。使用的设备有TDL-J40型、SJ78-3型激光晶体炉。锑镉汞、碲化镉、BBO、LBO等氧化物晶体材料生长设备主要有SJ82-5型氧化物晶体炉、SJ82-6型化合物晶体炉、SJ83-7型晶体炉、SJ91-9型化合物生长设备、SJ92-10型氧化物生长设备等。特别是近几年来，随着我国人工晶体材料工业的飞速发展，对人工晶体生长设备的需求越来越迫切，对设备的性能要求也越来越高，由于人工晶体的种类繁多，生长工艺各不相同，因此，就要求有能够满足各类晶体生长工艺的设备。为了满足我国人工晶体材料生长的需要，近几年西安理工大学工厂陆续开发了TDL－J75型、TDL(R)－60型、TDL(R)－50型系列激光炉，TDR－Y50型、TDR－Y60型氧化物晶体炉、TDL－N60系列铌酸锂钽酸锂晶体炉、TDL－F40型钒酸钇晶体炉，TDL－FZ50型区域熔化提纯炉等。

激光晶体和非线性光学晶体材料生长设备主要以国产设备为主，有少部分的进口设备（英国、法国）。激光晶体Al2O3、YAG等晶体）材料生长设备主要有TDL－J50型、TDL－J 60型、TDL－J75型以及TDL－J40型激光炉。另外，国内一些材料生产厂家根据自己的工艺特点自制了大量的晶体生长设备，如山东大学晶体材料国家重点实验室、中非人工晶体研究院、东方钽业集团公司、德清华莹电子有限公司等单位生产了经济实用、稳定可靠的多种晶体生长设备等。当然，也有不少晶体材料生产厂家仍使用60年代、70年代的老设备及一些比较简陋的设备进行生产，这些设备机械磨损严重，运动精度差，电器控制精度低，直接影响着晶体的质量。




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