Croissance cristalline de saphir non dopé préformé et étude des effets de la matière première et des vitesses de tirage sur la distribution des bulles et la qualité cristalline

Abstract

La technique de la micro-pulling down (µ-PD) permet de faire croitre des cristaux de géométrie particulière proche des dimensions fonctionnelles. En effet, l‟effet capillaire impose une interface de cristallisation liquide-solide avec une flexibilité de modification des paramètres de croissance cristalline, en particulier la vitesse et la puissance de tirage. Cette technique constitue un avantage considérable pour les besoins industriels en saphir qui sont difficile à satisfaire par les méthodes de croissance déjà en service. Toutefois, les cristaux saphir présentent des défauts particuliers, sous la forme de bulles, de diamètre variant du micromètre à quelques dizaines de micromètres, qui influencent les propriétés physico-chimiques et dégradent les performances optiques. Des hypothèses ont été avancées sur l‟étude des bulles, mais des contradictions apparaissent vraisemblablement basées sur des expériences pour lesquelles tous les paramètres sont difficiles à contrôler. Des expériences spécifiques de cristallisation par la technique micro-pulling down ont été adaptées à l‟utilisation de l‟imagerie ont été ainsi développées pour offrir les conditions nécessaires à une observation précise par vidéo rapide des bulles dans la zone fondue et l‟accès à l‟hydrodynamique locale dans le liquide à la sortie du capillaire. L‟analyse locale des bulles dans la zone liquide à l‟échelle du front de solidification a permis d‟identifier le mécanisme d‟incorporation des bulles dans le cristal. Cette étude constitue une contribution originale à la description de la pénétration des bulles dans un écoulement laminaire. Les tirages effectués par µ-PD ont permis d‟étudier l‟influence de la matière première et des vitesses de croissance sur la distribution, la densité et la taille des bulles. La matière première de départ n‟a pas d‟effet sur les bulles. En revanche, la vitesse de tirage affecte sensiblement les bulles. L‟augmentation de la vitesse provoque une diminution de la taille des bulles et une augmentation de la densité. Dans le cadre de cette étude, un prototype de mesure de haute température à base de saphir a été développé. Il confirme la maitrise du procédé et la bonne qualité optique des cristaux élaborés.