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正文內(nèi)容

單晶生長方法介紹ppt課件(編輯修改稿)

2025-06-02 13:14 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 劑介質(zhì)。 2)石英的生長機(jī)制 高溫高壓下,石英的生長過程分為:培養(yǎng)基中石英的溶解、溶解的 SiO2向籽晶上生長兩個過程。 而石英的溶解與溫度關(guān)系密切,符合Arrhenius方程: lgS = △ H/ 式中, S—溶解度; △ H—溶解熱; T—熱力學(xué) 溫度; R—摩爾氣體常數(shù),負(fù)號表示過程為吸熱反應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),由于石英的溶解,溶液的電導(dǎo)率下降大,表明溶液中 OH—離子和 Na+ 離子明顯減少。這就說 明, OH—離子和 Na+ 離子 參與了石英溶 解反應(yīng)。 有人認(rèn)為,石英在 NaOH溶液中的化學(xué)反應(yīng)生成物以 Si3O72為主要形式,而在 Na2CO3溶液中則以 SiO32 為主要形式。它是氫氧離子和堿金屬與石英表面沒有補(bǔ)償電荷的硅離子和氧離子等起化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。故,石英在NaOH溶液中的溶解反應(yīng)可用下式表示 : SiO2(石英 ) + (2x4)NaOH = Na(2x4)SOx + (x2) H2O 式中 x≥2。在接近石英培育的條件下,測得的 x值約在 7/3和 5/2之間,這意味著反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)當(dāng)是 Na2Si2O Na2Si3O7以及它們的電離和水解產(chǎn)物。而 Na2Si2O5和 Na2Si3O7經(jīng)電離和水解,在溶液中產(chǎn)生大量的NaSi2O5和 NaSi3O7。 因此,石英的人工合成含下述兩個過程: ① 溶質(zhì)離子的活化 NaSi3O7- + H2O = Si3O6- + Na+ + 2OH- NaSi3O5- + H2O = Si2O4 - + Na+ + 2OH— ② 活化了的離子受生長體表面活性中心的吸引 (靜電引 力、化學(xué)引力和范德華引力 ),穿過生長表面的擴(kuò)散 層而沉降到石英體表面。 關(guān)于水晶晶面的活化,有不同的觀點(diǎn),有人以為是由 于晶面的羥基所致,所以產(chǎn)生如下反應(yīng),形成新的晶胞層: SiOH + (SiO) → SiOSi + OH 3)影響石英晶體生長的因素 ? 單晶生長速率的影響因素: 溫度、溫差、溶液過飽和度 ? 在一定溫差條件下,晶體的生長速率 (mm/ d為單位 )的對數(shù)與生長區(qū)的溫度的倒數(shù)呈線性關(guān)系。 ? 在一定的生長溫度下,溶解區(qū)與生長區(qū)的溫差越大,晶體生長得越快,基本呈線性關(guān)系。 但在實(shí)際晶體生長過程中,晶體生長不能太快,否則晶體 質(zhì)量會明顯下降。 ? 壓強(qiáng)是高壓釜內(nèi)的原始填充度、溫度和溫差的函數(shù)。 提高壓強(qiáng)會提高生長速率,這實(shí)際上是通過其它參數(shù)(溶解度和質(zhì)量交換等情況)來體現(xiàn)的。在溫度較低時,填充度與生長速率呈線性關(guān)系,在溫度較高時線性關(guān)系被破壞。 ? 在高溫下,相應(yīng)地提高填充度和溶液堿濃度可以提高晶體的完整性。 ?提拉法生長單晶 ?特點(diǎn): 從同組成的熔體中生長單晶的主要方法。 廣泛用于生長 Si、 Ge、 Ga、 As等半導(dǎo)體單晶材料 為防止物料中 As、 P等的損失,反應(yīng)經(jīng)常在高壓、惰性氣氛中進(jìn)行。 生長過程中可以方便的觀察晶體的生長狀況。 熔體表面生長單晶,不與坩堝接觸,能顯著減少晶體的應(yīng)力,并防止堝壁的寄生成核。 可以方便的使用定向籽晶和“縮頸”工藝 生長過程易控制,速度快,易于得到大尺寸和高質(zhì)量 的單晶 ?按晶體走向和提拉方法的不同,又可分 雙坩堝法 微重力法 磁場提拉法--生產(chǎn)硅單晶 液封提拉法-- 生產(chǎn) GaAs單晶 導(dǎo)模提拉法--生產(chǎn) 寶石、 LiNBO3單晶 自動提拉法--生產(chǎn)單晶、 YAG等氧化物單晶 ?主要設(shè)備 加熱源 溫控設(shè)備(有梯度) 盛放熔體設(shè)備 旋轉(zhuǎn)和提拉設(shè)備 氣氛控制設(shè)備 或者 單晶爐及其配件 丘克拉斯基法生長單晶用設(shè)備 ?制備過程 原料合成 ? 制取高純度的原料塊( 制備高質(zhì)量的單晶原料,高純很重要 )。天平準(zhǔn)確稱量所需的原料,放入潔凈的料罐充分混勻,等靜壓成料塊。 溫場設(shè)計(jì) ? 溫場指溫度在空間的分布。生長單晶體很重要的條件就是合適的溫度場。該溫度場設(shè)計(jì)包括 軸向溫度梯度 和 徑向溫度梯度 。軸向溫度梯度設(shè)計(jì)時 要求固液界面處有較大的溫度梯度,而以上有較小的溫度梯度(防止開裂、應(yīng)力,并降低位錯密度)。 徑向溫場對稱 ,使籽晶在生長點(diǎn)外其它條件自發(fā)成核的幾率為零。 ? 注意:不同單晶溫場要求不同,因此,要實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證, 具體實(shí)驗(yàn)具體設(shè)計(jì)。
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