單晶生長(zhǎng)方法介紹ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-02 13:14 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 劑介質(zhì)。 2）石英的生長(zhǎng)機(jī)制 高溫高壓下，石英的生長(zhǎng)過(guò)程分為：培養(yǎng)基中石英的溶解、溶解的 SiO2向籽晶上生長(zhǎng)兩個(gè)過(guò)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(hào)表示過(guò)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(shuō) 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(méi)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(cè)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(gè)過(guò)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(zhǎng)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(guò)生長(zhǎng)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(zhǎng)的因素 ? 單晶生長(zhǎng)速率的影響因素： 溫度、溫差、溶液過(guò)飽和度 ? 在一定溫差條件下，晶體的生長(zhǎng)速率 (mm／ d為單位 )的對(duì)數(shù)與生長(zhǎng)區(qū)的溫度的倒數(shù)呈線性關(guān)系。 ? 在一定的生長(zhǎng)溫度下，溶解區(qū)與生長(zhǎng)區(qū)的溫差越大，晶體生長(zhǎng)得越快，基本呈線性關(guān)系。 但在實(shí)際晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，晶體生長(zhǎng)不能太快，否則晶體 質(zhì)量會(huì)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(huì)提高生長(zhǎng)速率，這實(shí)際上是通過(guò)其它參數(shù)（溶解度和質(zhì)量交換等情況）來(lái)體現(xiàn)的。在溫度較低時(shí)，填充度與生長(zhǎng)速率呈線性關(guān)系，在溫度較高時(shí)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(zhǎng)單晶 ?特點(diǎn)： 從同組成的熔體中生長(zhǎng)單晶的主要方法。 廣泛用于生長(zhǎng) 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(zhǎng)過(guò)程中可以方便的觀察晶體的生長(zhǎng)狀況。 熔體表面生長(zhǎng)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(zhǎng)過(guò)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(chǎng)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(dòng)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(zhǎng)單晶用設(shè)備 ?制備過(guò)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(chēng)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(chǎng)設(shè)計(jì) ? 溫場(chǎng)指溫度在空間的分布。生長(zhǎng)單晶體很重要的條件就是合適的溫度場(chǎng)。該溫度場(chǎng)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(shí) 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(kāi)裂、應(yīng)力，并降低位錯(cuò)密度）。 徑向溫場(chǎng)對(duì)稱(chēng) ，使籽晶在生長(zhǎng)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(chǎng)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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