單晶生長方法介紹(2)(參考版)
2025-05-04 22:15本頁面
【正文】 。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。 溶液法具有以下優(yōu)點： ? (1) 組分多； ? (2) 影響晶體生長的因素也比較復雜； ? (3) 生長周期長。 ? (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。而 且，低溫下生長的熱源和生長容器也較易選擇。這種反應的驅(qū)動力是氣相 AB的濃度梯度，因為 AB的平衡濃度隨溫度而變，在分解段濃度低，所以 AB不斷地往分解端擴散，從而促進反應的不斷進行。 氣相輸運法 其設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。 ? 適合用純的高熔點材料制備單晶 火焰熔化法制備單晶示意圖 Schafer于 1971年提出，被認為是一種有潛在價值的合成方法。 ? 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。晶體由下向上生長。晶體由左向右生長。 （ 2）特點： 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）。 7 定向凝固法 單晶生成 — 定向凝固法 Stockbarger法 Bridgman法， t t t3表示溫度 ? 技術(shù)關(guān)鍵： 實現(xiàn)大的過冷度和大的溫度梯度 ? 關(guān)鍵設備 坩堝、熱梯度實現(xiàn)裝置、程序控溫設備、坩堝移動設備 ? 定向凝固法生長的單晶 ?高熔點的金屬單晶，如 Cu ?半導體單晶，如 Bi、 PbSe、 PbTe、 GaAs、 AgGaSe2 ?鹵化物以及堿土金屬鹵化物構(gòu)成的低熔點非金屬單晶，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。 在此方法中 ， 熔體相對于溫度梯度移動 。 又可以稱為 BS法 ， 分為 Bridgman法：布里奇曼法 ， 是將熔體放在本身具有確定的溫度 梯度的熔爐之內(nèi) ， 使熔爐的整體溫度慢慢冷卻 ， 熔體 開始在冷端凝固 。 ? 收尾：提高溫度，使得晶體直徑收縮至 5mm，再迅速降溫、停止轉(zhuǎn)動，形成一層硬殼，再緩慢降低到室溫。 經(jīng)過多次縮頸，可得無位錯單晶。 縮頸 ? 結(jié)晶完成后，稍微升溫一段時間，使籽晶直徑收縮，稱為縮頸。 ? 導熱率高、不摻雜、分凝系數(shù)接近于 1的晶體生長速度塊。 ? 改變液流的穩(wěn)定性。 ? 改變界面附近的溫度梯度。 ? 轉(zhuǎn)動作用：攪拌熔體，產(chǎn)生強制對流 ? 轉(zhuǎn)動速率對生長過程的影響： ? 增加溫場的徑向?qū)ΨQ性。 下籽晶 ? 物料熔融后，保溫一段時間，使其充分均勻，然后緩慢降溫， 在熔點附近開始下籽晶，待籽晶邊緣微溶時，繼續(xù)按一定速度 降溫（稱為 “ 接晶 ” ），晶體將根據(jù)籽晶的方向和晶格排列生長。 ?坩堝：常用材料有鉑、銥、鉬、石英等。 感應加熱法：利用中頻或高頻交流電通過線圈時產(chǎn)生的交流電磁場，臵于線圈內(nèi)的銥（ Ir）或白金（ Pt）坩堝中產(chǎn)生渦流發(fā)熱，從而融化坩堝內(nèi)的原材料。 物料熔融 ?將裝料的坩堝（或料罐）在溫度場中加熱直至熔融 ?加熱方式：電阻加熱、感應加熱 電阻加熱法：用石墨、鎢等對盛有原材料的坩堝加熱，也可以做成復雜的加熱器，起到盛料和加熱的兩個目的。 徑向溫場對稱 ，使籽晶在生長點外其它條件自發(fā)成核的幾率為零。該溫度場設計包括 軸向溫度梯度 和 徑向溫度梯度 。 溫場設計 ? 溫場指溫度在空間的分布。 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 ?主要設備 加熱源 溫控設備（有梯度） 盛放熔體設備 旋轉(zhuǎn)和提拉設備 氣氛控制設備 或者 單晶爐及其配件 丘克拉斯基法生長單晶用設備
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