資源描述:
《《單晶材料的制備》PPT課件.ppt》由會員上傳分享,免費在線閱讀,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,它也會產(chǎn)生規(guī)律的振動。石英晶體每秒的振動次數(shù)高達32768次,計算電路數(shù)到32768次時,電路會傳出訊息,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,晶界,將會影響到振動頻率。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)碼相機器件等。①固相生長法②熔體生長法③溶液生長法④水熱法⑤氣相法①固相生長法與晶界曲率相關(guān)的晶界運動晶粒長大示意圖應(yīng)變退火法固相—固相晶體生長優(yōu)點:①生長溫度較低;②生長晶體的形狀上事先固定的;③雜質(zhì)及其它
2、組分在生長前被固定下來,在生長過程中并不改變。缺點:過于簡單粗暴,除了“異常長大”的巨大晶粒外,還會留下很多小晶粒。②熔體生長法——將欲生長晶體的原料熔化,然后讓熔體達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單晶的最大優(yōu)點在于:熔體生長速率大多快于溶液生長、晶體的純度和完整性高1)提拉法可以在短時間內(nèi)生長大而無錯位晶體生長速度快,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,則存在控制組分的困難;c不適用于對于固態(tài)下有相變的晶體。為什么要旋轉(zhuǎn)?如果溫度不均
3、勻,生長就不會均勻,所以要旋轉(zhuǎn)。關(guān)鍵因素所生長晶體會承襲籽晶的缺陷,籽晶的位錯、晶界等會傳給生長的晶體,其端部加工損傷或污染物也會在生長時產(chǎn)生位錯。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,因此在整個螺旋形生長過程中,位向最適合生長的那個晶粒將其他眾多的初生晶粒一一淘汰,不斷長出枝晶并最終進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,降低位錯密度。關(guān)鍵因素放肩晶頸生長完后,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。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,開始時整個物料
5、熔融,當(dāng)坩堝下降通過熔點時,熔體結(jié)晶,隨坩堝的移動,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:不需要坩堝避。免坩堝影響。同時還具有提純作用。長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)熔體法晶體生長的局限性:若存在以下情形,則難以采用熔體法進行晶體生長。(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)熔點太高;(6)生長條件和必須進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,籽晶慢慢往下降,晶體就慢慢增長。能生長出很大的晶體(長達1m)適用于制
7、備高熔點的氧化物缺點是生長的晶體內(nèi)應(yīng)力很大4)火焰熔化法優(yōu)點:氫氧焰溫度高達2800oC,所以只要是不揮發(fā)、不氧化的高熔點單晶體都可以用這個方法制備;生長速度快,適于工業(yè)化生產(chǎn);用此法可生長出較大晶體,例如桿狀紅寶石直徑可達到20mm,長度為1000mm;缺點: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。由于生長速度較快,位錯密度較高對易揮發(fā)或被氧化的材料,不宜用此方法生長;生長過程中,一部分原料在撒落過程中,并沒有掉到籽晶,約30%的原料會損失掉5)熔液相外延法料舟中裝有待沉積的熔體,移動料舟經(jīng)過單晶襯底時,緩慢冷卻在襯底表面成核,外延生長為單晶薄
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