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《晶體生長(zhǎng)-晶體材料專欄》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、晶體生長(zhǎng)?我國晶體生長(zhǎng)有著悠久的歷史，早在春秋戰(zhàn)國甚至更早的時(shí)期，就有煮海為鹽、煉制丹藥等晶體生長(zhǎng)的時(shí)間活動(dòng)，而同時(shí)，世界上隨著煉金術(shù)的興起與發(fā)展，人工晶體生長(zhǎng)，特別是人工晶體氣相生長(zhǎng)在全世界都有發(fā)現(xiàn)。雖然早期的萌芽狀態(tài)的人工晶體生長(zhǎng)出現(xiàn)很早，但是，現(xiàn)代人工晶體生長(zhǎng)的起步卻較晚。1890年，法國科學(xué)家Verneuil發(fā)明了焰熔法（flame-fusiongrowthmethod,Verneuilmethod），用于生長(zhǎng)熔點(diǎn)高的紅寶石和藍(lán)寶石晶體，1902年，開始工業(yè)生產(chǎn)紅寶石和藍(lán)寶石晶體。進(jìn)入二十世紀(jì)后
2、，人工晶體生長(zhǎng)才有飛躍式的發(fā)展，不僅體現(xiàn)在人工晶體生長(zhǎng)理論、人工晶體生長(zhǎng)技術(shù)上，而且，發(fā)現(xiàn)了一大批極有價(jià)值的新晶體，為科學(xué)進(jìn)步和人類生活水平提高做出了巨大貢獻(xiàn)。人工晶體生長(zhǎng)的水平主要表現(xiàn)在技藝和科學(xué)兩個(gè)方面，其中，晶體生長(zhǎng)技術(shù)在晶體的研究中占有極重要的地位。晶體是在物相轉(zhuǎn)變的情況下形成的，物相有氣相、液相和固相三種，只有晶體才是真正的固體。人工晶體的各種生長(zhǎng)技術(shù)主要是從對(duì)這些物相轉(zhuǎn)變的過程的研究發(fā)展而來。由于晶體可以從氣相、液相和固相中生長(zhǎng)，而不同的晶體材料又有不同的生長(zhǎng)條件，加上應(yīng)用對(duì)晶體的要求有時(shí)十
3、分苛刻，這樣就造成了晶體生長(zhǎng)方法的多樣性以及生長(zhǎng)設(shè)備和技術(shù)的復(fù)雜性：從高真空到超高壓，從低溫到等離子體高溫，從精密檢測(cè)生長(zhǎng)參數(shù)到微機(jī)自動(dòng)監(jiān)控生長(zhǎng)過程，從高純?cè)系匠瑑舡h(huán)境......，晶體生長(zhǎng)技術(shù)幾乎動(dòng)用了現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)中一切重要手段，并長(zhǎng)出了大量支撐現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的高品質(zhì)晶體。晶體生長(zhǎng)過程簡(jiǎn)介所謂生長(zhǎng)，對(duì)于生物體而言，就是一個(gè)從小到大，從幼稚到成熟的過程。生物體生長(zhǎng)需要養(yǎng)料，需要空氣、陽光等環(huán)境。同樣，對(duì)于“晶體的生長(zhǎng)”，也是一個(gè)晶體從小到大的不斷變化的過程，也需要養(yǎng)料（原料）和合適的環(huán)境，如生長(zhǎng)爐、
4、合適的溫度等。不同的生物體的生存環(huán)境、生長(zhǎng)發(fā)育各不相同，同樣，對(duì)于晶體而言，不同的晶體有不同的生長(zhǎng)過程，需要不同的生長(zhǎng)條件，有相應(yīng)的不同的晶體生長(zhǎng)技術(shù)和方法，其晶體生長(zhǎng)的過程和要求也有所不同。下面，我們將以提拉法晶體生長(zhǎng)為例，介紹晶體生長(zhǎng)的過程。提拉法是一種從熔融原料中生長(zhǎng)晶體的方法，在受控條件下，使籽晶和熔體的交界面上不斷進(jìn)行原子或分子的重新排列，隨降溫逐漸凝固而生長(zhǎng)出單晶體。提拉法生長(zhǎng)晶體的過程大致分為多晶料燒結(jié)（含稱料、混料、燒料、二次燒結(jié)等）、提拉晶體（含化料、下籽晶、放肩、生長(zhǎng)等）以及晶體出爐
5、幾個(gè)步驟。對(duì)于上述晶體生長(zhǎng)的概念和過程，您可以在后面的頁面后找到詳細(xì)的描述。原料稱量原料混和燒多晶料下籽晶桿爐內(nèi)提拉晶體出爐??提拉法簡(jiǎn)介??多晶料合成??籽晶??晶體生長(zhǎng)??晶體出爐??晶體圖片?提拉法簡(jiǎn)介提拉法，是1917年由丘克拉斯基(Czochralski)發(fā)明的一種合成晶體的方法，所以也稱“丘克拉斯基法”，是一種從熔融狀態(tài)的原料生長(zhǎng)晶體的方法。提拉法的原理是利用溫場(chǎng)控制來使得熔融的原料生長(zhǎng)成晶體。用于晶體生長(zhǎng)的的原料放在坩堝中加熱成為熔體，控制生長(zhǎng)爐內(nèi)的溫度分布（溫場(chǎng)），使得熔體和籽晶/晶體的
6、溫度有一定的溫度梯度，這時(shí)，籽晶桿上的籽晶與熔體接觸后表面發(fā)生熔融，提拉并轉(zhuǎn)動(dòng)籽晶桿，處于過冷狀態(tài)的熔體就會(huì)結(jié)晶于籽晶上，并隨著提拉和旋轉(zhuǎn)過程，籽晶和熔體的交界面上不斷進(jìn)行原子或分子的重新排列，逐漸凝固而生長(zhǎng)出單晶體。下面的圖形是提拉法晶體生長(zhǎng)的簡(jiǎn)單原理示意圖，也許可以幫助您了解提拉法晶體生長(zhǎng)的機(jī)理與過程。提拉法晶體生長(zhǎng)的簡(jiǎn)單原理示意圖提拉法原理演示提拉法的設(shè)備和裝置主要有：坩堝、高頻加熱線圈、提拉桿等。將預(yù)先合成好的多晶原料裝在一個(gè)坩堝中，并被加熱到原料的熔點(diǎn)以上，原料熔化為熔體。在坩堝上方有一個(gè)可以
7、旋轉(zhuǎn)和升降的提拉桿，桿的下端帶有一個(gè)夾頭，其上裝有籽晶，降低提拉桿，將籽晶插入熔體中，只要溫度合適，籽晶既不熔掉也不長(zhǎng)大，然后緩慢地向上提拉和轉(zhuǎn)動(dòng)晶桿。同時(shí)，緩慢地降低加熱功率，籽晶就逐漸長(zhǎng)粗，小心地調(diào)節(jié)加熱功率，就能得到所需直徑的晶體。下面的動(dòng)畫簡(jiǎn)單介紹了提拉法的原理和過程。提拉法原理演示提拉爐的結(jié)構(gòu)示意圖提拉爐是用來進(jìn)行晶體提拉生長(zhǎng)的裝置，實(shí)際使用中的提拉爐結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比上面的演示復(fù)雜，不僅有熔體的容器－－坩堝，加熱設(shè)備、提拉桿，還有保溫材料、冷卻裝置、控制設(shè)施。某些提拉爐還有自動(dòng)加料系統(tǒng)。下圖是提拉爐的
8、結(jié)構(gòu)示意圖。提拉爐的結(jié)構(gòu)示意圖提拉爐實(shí)物右圖及下圖所示是提拉爐實(shí)物圖片。晶體提拉法的裝置一般由五部分組成：.加熱系統(tǒng)：主要有電阻加熱和感應(yīng)加熱兩種。電阻加熱使用電阻絲、硅碳棒等，成本低，可制成復(fù)雜形狀的加熱器；適于低溫生長(zhǎng)，而感應(yīng)加熱控溫精確，成本和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高；.坩堝和籽晶夾：常用的坩堝材料為鉑、銥、鉬、石墨、二氧化硅或其它高熔點(diǎn)氧化物。其中鉑、銥和鉬主要用于生長(zhǎng)氧化物類晶體。籽晶用籽晶夾來固定。籽晶要求選用無位錯(cuò)或位錯(cuò)密度低的單晶。.傳動(dòng)
