單晶生長方法介紹(2)-資料下載頁
2025-05-01 22:15本頁面
【正文】 屬鹵化物構(gòu)成的低熔點(diǎn)非金屬單晶，如 Cr、 Mn、 Co、 Ni、 Zn、 La、 Tb、 Ca的氟化物單晶 （ 1）原理： 局部加熱使物料熔融，移動加熱帶，熔化部 分開始結(jié)晶。在多晶物料的一端放臵籽晶，就會 以籽晶方向生長單晶，直至物料全部轉(zhuǎn)化為單晶。 （ 2）特點(diǎn)： 1 適合由多晶制備單晶 2 單晶生長的過程也是物理提純的過程（由于雜質(zhì)在晶體和熔體中的分配系數(shù)的差別，晶體中小很多）。 3 常用來制備用于大功率晶閘管的單晶硅 4 可用于高熔點(diǎn)金屬如鎢的提純和晶體生長 區(qū)域熔融法 （ 3）分類 （按晶體生長方向分） ?水平區(qū)域熔化 由左向右，料舟水平放臵，籽晶開始臵于料舟最左端，部分熔化后右移。晶體由左向右生長。 ?懸浮區(qū)域熔化 從下往上，料舟垂直方向，籽晶開始臵于最下端，部分熔化后上長，而熔化液靠表面張力支持不至于落下。晶體由下向上生長。 區(qū)域熔融法制備單晶示意圖 區(qū)域熔化的結(jié)構(gòu)示意 9 、火焰熔化法（ Verneuil，維爾納葉） ? 原理： 利用氫氧焰產(chǎn)生的高溫，將高熔點(diǎn)材料熔化，滴落在籽晶上，逐漸長成單晶。 ? 最早用于紅寶石的制備（最早 1890年，助溶劑法紅寶石合成，但是顆粒太小，維爾納葉發(fā)明了焰熔法。 ）。 ? 適合用純的高熔點(diǎn)材料制備單晶 火焰熔化法制備單晶示意圖 Schafer于 1971年提出，被認(rèn)為是一種有潛在價(jià)值的合成方法。可用于新化合物合成、單晶生長和化合物的提純。 氣相輸運(yùn)法 其設(shè)備由一根石英管組成，在一端裝有反物Ａ（固體），石英管在抽真空下熔封或（更常見的是）充以氣相輸運(yùn)劑Ｂ的氣體后熔封，管子在爐內(nèi)，使管子沿管長方向保持 50℃ 左右的溫度梯度，物質(zhì)Ａ和Ｂ反應(yīng)生成氣態(tài)物質(zhì) AB，它在管的另一端分解沉積出單晶體 A。 ?原理 氣相輸運(yùn)法生長單晶示意圖 T1 T2 A(s) + B(g) AB(g) A(s)+B(g) 此法取決于Ａ和Ｂ及氣相產(chǎn)物 AB之間的可逆平衡，如果 AB的生成是吸熱反應(yīng)，那么 AB優(yōu)先在溫度 T2（熱端）生成，氣態(tài) AB被運(yùn)輸?shù)搅死涠?，并?T1溫度下分解產(chǎn)生Ａ晶體；相反，如果 AB的生成是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物放臵在冷端，最后產(chǎn)物在熱端生成。這種反應(yīng)的驅(qū)動力是氣相 AB的濃度梯度，因?yàn)?AB的平衡濃度隨溫度而變，在分解段濃度低，所以 AB不斷地往分解端擴(kuò)散，從而促進(jìn)反應(yīng)的不斷進(jìn)行。 比 較 方 法 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) 熔體生長法 生長速率快 晶體顆粒大 晶體的均勻性差 定向凝固法 設(shè)備簡單 缺陷濃度大 溶 液 生 長 水溶液中 結(jié)晶 生長缺陷濃度小的高質(zhì)量晶體 晶體生長慢， 容器或助溶劑帶來的污染問題 助溶劑法 水熱法 ? (1)晶體可以在遠(yuǎn)低于其熔點(diǎn)的溫度下生長。而 且，低溫下生長的熱源和生長容器也較易選擇。 ? (2)降低黏度。 ? (3)容易長成大塊的、均勻性良好的晶體，并且 有較完整的外形。 ? (4)在多數(shù)情況下 (低溫溶液生長 )，可直接觀察 晶體生長。 溶液法具有以下優(yōu)點(diǎn)： ? (1) 組分多； ? (2) 影響晶體生長的因素也比較復(fù)雜； ? (3) 生長周期長。 ? (4) 低溫溶液生長對控溫精度要求很高，因?yàn)樵谝欢ǖ纳L溫度 (T)下，溫度波動 (ΔT)的影響主要取決于 ΔT／ T，在低溫下要求 ΔT相對地小。對培養(yǎng)高質(zhì)量的晶體，可容許的溫度波動一般不超過百分之幾度，甚至是千分之幾度。 溶液法的缺點(diǎn)： 現(xiàn)代生長技術(shù)體系劃分與衍生 單晶生長技術(shù) 熔體生長 氣相生長 溶液生長 固相生長（金剛石） 提拉法 坩堝下降法 陰極濺射法 激光基座法 區(qū)熔法 焰熔法 雙坩堝法 微重力法 焰熔法磁場提拉法 液封提拉法 導(dǎo)模提拉法 自動提拉法 分子束法 升華凝結(jié)法 金屬有機(jī)物 (MOCVD) 氣體合成（ GaN,SiC） 氣體分解 物理氣相沉積法 化學(xué)氣相沉積法 凝膠法 蒸發(fā)法 降溫法（ ADP、 DKDP) 低溫（水）溶液法 高溫溶液法（助熔劑法） 水熱合成法 （水晶） 氣相運(yùn)輸法 (CaF， CsI) 雖然人們已發(fā)展了多種制備單晶的方法，但生長每一種單晶仍需根據(jù)單晶的組成、對單晶的具體要求等，通過實(shí)驗(yàn)確定最終的生長方法和生長條件。
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