1. 首頁 > 生活百科 > >

3分鐘了解晶體生長技術 晶體生長

技術晶體生長

晶體生長(3分鐘學習晶體生長技術)
晶體生長技術是利用物質(液體、固體、氣體)的物理化學性質來控制相變過程，獲得具有一定結構、尺寸、形狀和性質的晶體的技術 。

(a)天然剛玉可以通過熔化和人工晶體生長獲得 。(b)人工晶體生長獲得的紅寶石 。可見人工晶體生長的神奇，堪稱“點石成玉”技術 。
從事晶體生長的人的歷史可以追溯到公元前2700年左右 。當時，我們的祖先已經掌握了從海水中獲取鹽晶體的方法 。明代《天工吳凱》一書中記載“人生而鹵，人生而鹽” 。這里的“生命”現在被稱為人工晶體生長 。我國古代煉丹術中記載“朱砂燒成水銀，再化成朱砂”，后一句是由S和Hg合成HgS晶體的過程 。然而，在漫長的歷史中，晶體生長一直是一項由經驗傳授的技能 。

直到20世紀初，現代科學技術的原理不斷被應用于控制晶體生長過程，晶體生長開始從技術進化到科學 。特別是20世紀50年代以來，以單晶硅為代表的半導體材料的發展推動了晶體生長理論研究和技術的發展 。
晶體生長方法
近年來，隨著化合物半導體、光電子材料、非線性光學材料、超導材料、鐵電材料和金屬單晶材料等電子材料的發展，提出了一系列理論問題，對晶體生長技術提出了越來越復雜的要求 。晶體生長原理和技術的研究越來越重要，是現代科學技術的一個重要分支 。
目前，晶體生長已經逐漸形成了一系列科學理論，用于控制晶體生長過程 。但是，這個理論體系并不完善，還有很多內容要靠經驗 。因此，人們通常認為人工晶體的生長是技術和科學的結合 。
完整晶體的制備需要以下條件:
(1)反應體系的溫度應控制均勻，防止局部過冷或過熱影響晶體的成核和生長；
(2)結晶過程應盡可能緩慢，防止自發成核，因為一旦自發晶核出現，就會產生許多細小顆粒，阻礙晶體生長；
(3)使冷卻速率與晶體的成核和生長速率相匹配，使晶體生長均勻，晶體中沒有濃度梯度，成分不偏離化學完整性 。
根據母相的類型，晶體生長方法可分為四類，即熔體生長、溶液生長、氣相生長和固相生長 。隨著控制條件的變化，這四種晶體生長方法演變成了幾十種晶體生長技術 。
1熔體生長
是指原料在高溫下完全熔化，然后在一定條件下通過不同的技術手段制備出符合一定技術要求的單晶材料 。熔體必須在受控條件下定向凝固，生長過程由固液界面的運動完成 。熔體生長是制備大單晶和特定形狀單晶最常見、最重要的方法，具有生長速度快、晶體純度高、完整性好等優點 。
包括提拉法、坩堝下降法、區熔法、基座法、冷坩堝法和火焰熔煉法等 。


2解決方案增長
溶液法的基本原理是將原料(溶質)溶解在溶劑中，采取適當措施使溶液過飽和，使晶體在其中生長 。包括水溶液法、水熱法和助溶劑法 。水溶液法一般在常壓和較低溫度(100℃以下)下進行 。
解決方法有以下優點:
(1)降低粘度 。有些晶體熔化時粘度很高，但冷卻后不能形成晶體，變成玻璃體 。溶液法通過使用低粘度溶劑可以避免這個問題 。
(2)容易生長成均勻性好、形狀相對完整的塊狀晶體 。
(3)在大多數情況下，可以直接觀察晶體生長過程，便于研究晶體生長動力學 。
溶液法的缺點是成分多，影響晶體生長的因素復雜，生長速度慢，周期長(通常需要幾天甚至一年以上) 。此外，溶液法生長晶體需要很高的溫度控制精度 。

3氣相生長
氣相生長是指待生長的晶體材料通過升華、蒸發、濺射或分解轉化為氣相，然后在合適的條件下沉積，實現從源材料到固體薄膜的可控原子轉移 。薄膜可以是單晶或非晶的 。
目前，氣相法主要用于晶須、板狀晶體和外延膜(同質外延和異質外延)的生長，但大尺寸塊狀晶體的生長有其缺點 。
沉積速率和襯底溫度是影響薄膜沉積過程和薄膜結構的兩個最重要的因素 。為了獲得理想的單晶薄膜，通常需要適當提高沉積溫度并降低沉積速率 。低溫沉積和高速沉積往往導致多晶沉積結構的形成 。
氣相晶體生長具有以下特征:
1)生長的晶體純度高；
2)生長的晶體完整性好；
3)晶體生長緩慢；
【3分鐘了解晶體生長技術 晶體生長】4)存在一系列不可控因素，如溫度梯度、過飽和比、載氣流速等 。
4固相生長
從固相生長晶體的主要優點是:
1)它可以在較低的溫度下生長而不添加組分，即在低于熔點的溫度下生長；

推薦閱讀