熱交換法(Heat Exchanger Method) 簡稱HEM 法。熱交換法是一種為了生長大尺寸藍寶石而發明的晶體生長技術。1970年Schmid和Viechnicki首先運用熱交換法生長出大塊的藍寶石晶體。其原理是利用熱交換器來帶走熱量，使得晶體生長區內形成一下冷上熱的縱向溫
度梯度，同時再藉由控制熱交換器內氣體流量(He冷卻源)的大小以及改變加熱功率的高低來控制此溫度梯度，借此達成坩堝內熔湯由下慢慢向上凝固成晶體之目的，圖13 a
所示為熱交換器法之原理示意圖。該方法主要特點：

1) 溫度梯度分布與重力場相反，坩堝、晶體和熱交換器皆不移動，晶體生
長界面穩定、無機械擾動、浮力對流小，消除了由于機械運動而造成的晶體缺陷；

2) 晶體生長后仍保持在熱區，控制氦氣流量可使溫度由結晶溫度緩慢均勻
降低，實現原位退火，減少晶體的熱應力及由此產生的晶體開裂和位錯等缺陷；

3) 固液界面處在熔體包裹中，熱擾動在到達固液界面之前可以被減小乃至
排除，界面上可獲得均勻的溫度梯度；

4) 熱交換法最適合生長各種形狀和尺寸的藍寶石晶體；

5) 設備條件要求高，整個工藝復雜，晶體生長周期長、需要大量氦氣作冷
卻劑，成本高。熱交換法主要在美國得到應用和發展，該工藝為美國
Crystal Systems 公司的專利技術。
Crystal Systems公司用熱交換法生長藍寶石晶體已有30多年的歷史，代表了國際最高水平。
Chandra等人利用熱交換先后生長出了直徑為￠200mm、￠340mm和￠380mm徑高比為
2:1的高質量晶體，如圖13b、c所示，并希望最終能夠生長出直徑為￠750mm的光學級藍寶石晶體。

注釋：

(a) 單晶爐示意圖；
(b) 藍寶石晶體￠380mm；
(c) 藍寶石晶體￠340mm