《單晶材料的制備》PPT課件.ppt

《《單晶材料的制備》PPT課件.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、單晶材料的制備當(dāng)石英晶體受到電池電力影響時(shí)，它也會(huì)產(chǎn)生規(guī)律的振動(dòng)。石英晶體每秒的振動(dòng)次數(shù)高達(dá)32768次，計(jì)算電路數(shù)到32768次時(shí)，電路會(huì)傳出訊息，讓秒針往前走一秒。為什么要制備單晶？如果有固然的雜質(zhì)，為錯(cuò)，晶界，將會(huì)影響到振動(dòng)頻率。為什么要制備單晶？為什么要制備單晶？光學(xué)領(lǐng)域。石英單晶：優(yōu)異的光學(xué)性能，被廣泛用作各種光學(xué)透鏡、棱境、偏振片和濾波片、數(shù)碼相機(jī)器件等。①固相生長(zhǎng)法②熔體生長(zhǎng)法③溶液生長(zhǎng)法④水熱法⑤氣相法①固相生長(zhǎng)法與晶界曲率相關(guān)的晶界運(yùn)動(dòng)晶粒長(zhǎng)大示意圖應(yīng)變退火法固相—固相晶體生長(zhǎng)優(yōu)點(diǎn)：①生長(zhǎng)溫度較低；②生長(zhǎng)晶體的形狀上事先固定的；③雜質(zhì)及其它

2、組分在生長(zhǎng)前被固定下來，在生長(zhǎng)過程中并不改變。缺點(diǎn)：過于簡(jiǎn)單粗暴，除了“異常長(zhǎng)大”的巨大晶粒外，還會(huì)留下很多小晶粒。②熔體生長(zhǎng)法——將欲生長(zhǎng)晶體的原料熔化，然后讓熔體達(dá)到一定的過冷而形成單晶提拉法坩堝下降法區(qū)熔法焰熔法液相外延法從熔體中生長(zhǎng)單晶的最大優(yōu)點(diǎn)在于：熔體生長(zhǎng)速率大多快于溶液生長(zhǎng)、晶體的純度和完整性高1）提拉法可以在短時(shí)間內(nèi)生長(zhǎng)大而無錯(cuò)位晶體生長(zhǎng)速度快，單晶質(zhì)量好適合于大尺寸完美晶體的批量生產(chǎn)缺點(diǎn)a一般要用坩堝做容器，導(dǎo)致熔體有不同程度的污染；b當(dāng)熔體中含有易揮發(fā)物時(shí)，則存在控制組分的困難；c不適用于對(duì)于固態(tài)下有相變的晶體。為什么要旋轉(zhuǎn)？如果溫度不均

3、勻，生長(zhǎng)就不會(huì)均勻，所以要旋轉(zhuǎn)。關(guān)鍵因素所生長(zhǎng)晶體會(huì)承襲籽晶的缺陷，籽晶的位錯(cuò)、晶界等會(huì)傳給生長(zhǎng)的晶體，其端部加工損傷或污染物也會(huì)在生長(zhǎng)時(shí)產(chǎn)生位錯(cuò)。優(yōu)質(zhì)籽晶的條件：具有較優(yōu)的取向；晶體完整性好，應(yīng)力小，位錯(cuò)密度低；除去所有的加工損傷。籽晶的制備:螺旋結(jié)構(gòu)總的攀升走向正好與散熱方向相反,致使螺旋體內(nèi)散熱均勻,因此在整個(gè)螺旋形生長(zhǎng)過程中,位向最適合生長(zhǎng)的那個(gè)晶粒將其他眾多的初生晶粒一一淘汰,不斷長(zhǎng)出枝晶并最終進(jìn)入試樣本體成為單晶鑄件.關(guān)鍵因素讓熔體在一定的過冷度下，將籽晶作為唯一的非自發(fā)晶核插入熔體;籽晶下面生成二維晶核，橫向排列，單晶就逐漸形成了，但是要求一定

4、的過冷度，才有利于二維晶核的不斷形成，同時(shí)不允許其他地方產(chǎn)生新的晶核TZSLTZSLTZSL爐內(nèi)溫度分布及界面形狀（a）（b）（c）一般而言，摻雜晶體需要較大的溫場(chǎng)梯度；不摻雜或易開裂晶體溫度梯度宜小些；較大溫度梯度有助于克服組分過冷；較小溫度梯度有利于防止開裂，減小應(yīng)力，降低位錯(cuò)密度。關(guān)鍵因素放肩晶頸生長(zhǎng)完后，降低溫度和拉速，使晶體直徑漸漸增大到所需的大小，稱為放肩。等徑生長(zhǎng)轉(zhuǎn)肩完后，調(diào)整拉速和溫度，使晶體直徑偏差維持在±2mm范圍內(nèi)等徑生長(zhǎng)。這部分就是產(chǎn)品部分，它的質(zhì)量的好壞，決定著產(chǎn)品的品質(zhì)。裝有熔體的坩堝緩慢通過具有一定溫度梯度的溫場(chǎng)，開始時(shí)整個(gè)物料

5、熔融，當(dāng)坩堝下降通過熔點(diǎn)時(shí)，熔體結(jié)晶，隨坩堝的移動(dòng)，固液界面不斷沿坩堝平移，至熔體全部結(jié)晶。2）干鍋下降法3）區(qū)域熔煉法熔體多晶棒晶體籽晶加熱器優(yōu)點(diǎn)：不需要坩堝避。免坩堝影響。同時(shí)還具有提純作用。長(zhǎng)200mm、直徑75mm的未摻雜GaAs單晶及晶片3）區(qū)域熔煉法3）區(qū)域熔煉法摻雜方法（合金化）較原始的方法是將B2O3或P2O5的酒精溶液直接涂抹在多晶硅棒料的表面。分布極不均勻，且摻雜量也很難控制。(1)填裝法原料棒接近圓錐體的部位鉆一個(gè)小洞，把摻雜原料填塞在小洞里，依靠分凝效應(yīng)使雜質(zhì)在單晶的軸向分布趨于均勻。3）區(qū)域熔煉法(2)氣相摻雜法這種摻雜方法是將易揮

6、發(fā)的PH3(N型)或B2H6(P型)氣體直接吹入熔區(qū)內(nèi)。這是目前最普遍使用的摻雜方法之一，所使用的摻雜氣體必須用氧氣稀釋噴嘴后，再吹入熔區(qū)熔體法晶體生長(zhǎng)的局限性：若存在以下情形，則難以采用熔體法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。（1）材料在熔化前就分解；（2）非同成分熔化的材料；（3）材料在熔化前升華或在熔點(diǎn)處蒸氣壓太高；（4）存在故態(tài)相變（脫溶沉淀和共析反應(yīng)），破壞性相變；（5）熔點(diǎn)太高；（6）生長(zhǎng)條件和必須進(jìn)入晶體的某種摻雜不相容。4）火焰熔化法氫氧氣形成氫氧焰，將粉料熔融。熔體掉到籽晶上，發(fā)生晶體生長(zhǎng)，籽晶慢慢往下降，晶體就慢慢增長(zhǎng)。能生長(zhǎng)出很大的晶體（長(zhǎng)達(dá)1m）適用于制

7、備高熔點(diǎn)的氧化物缺點(diǎn)是生長(zhǎng)的晶體內(nèi)應(yīng)力很大4）火焰熔化法優(yōu)點(diǎn)：氫氧焰溫度高達(dá)2800oC，所以只要是不揮發(fā)、不氧化的高熔點(diǎn)單晶體都可以用這個(gè)方法制備；生長(zhǎng)速度快，適于工業(yè)化生產(chǎn)；用此法可生長(zhǎng)出較大晶體，例如桿狀紅寶石直徑可達(dá)到20mm，長(zhǎng)度為1000mm；缺點(diǎn)：火焰溫度梯度大，所以結(jié)晶層縱向和橫向溫度梯度均較大。由于生長(zhǎng)速度較快,位錯(cuò)密度較高對(duì)易揮發(fā)或被氧化的材料，不宜用此方法生長(zhǎng)；生長(zhǎng)過程中，一部分原料在撒落過程中，并沒有掉到籽晶，約30%的原料會(huì)損失掉5）熔液相外延法料舟中裝有待沉積的熔體，移動(dòng)料舟經(jīng)過單晶襯底時(shí)，緩慢冷卻在襯底表面成核，外延生長(zhǎng)為單晶薄

8、膜。在料舟中裝入不同成分的熔體，可以逐層外延不同成分