第七章-单晶制备ppt课件

1、第七章 单晶材料的制备,由原子、分子或离子等微粒在空间按一定规律、周期性重复排列所构成的长程有序的固体物质,非晶态结构示意图,晶态结构示意图,第一节 晶体知识回顾,1、晶体定义,2、晶体特有的性质,均匀性与各向异性 自范性 对称性 确定的熔点 X光衍射效应,解理性 最小内能 晶面角守恒,晶体的均匀性与各向异性,晶体的一些与方向无关的量（如密度、化学组成等）在各个方向上是相同的。 而另外一些与方向有关的量（如电导、热导等）在各个方向上并不相同。例如：云母的传热速率、 石墨的导电性能等,9,云母薄片上的热导率有各向异性,产地:甘肃省肃北县,云母片是晶体，所以各向导热性不同，呈现椭圆形 玻璃片是非晶

2、体，各向导热性相同，呈现圆形,晶体的各向异性,石墨在平行于层的方向上电导率高且为半金属性导电; 垂直于层的方向上电导率低且为半导体性导电,图 中 红 、 蓝 球 均 为 C 原 子,晶体的各向异性,10,晶体的自范性,晶体在理想生长环境中能自发地形成规则的凸多面体外形，满足欧拉定理： F（晶面数）+V（顶点数）=E（晶棱数）+ 2,晶体的对称性,晶体的理想外形具有特定的对称性,这是内部结构对称性的反映,晶体(a)与非晶体(b)的步冷曲线,晶体的固定熔点性（锐熔性,晶体具有固定的熔点， 反映在步冷曲线上即出现平台。而非晶体没有固定的熔点，反映在步冷曲线上不会出现平台,晶体的X射线衍射效应,晶体的

3、周期性结构使它成为天然的三维光栅，周期与X光波长相当, 能够对X光产生衍射,解理性 晶体具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质。 最小内能 成型晶体的内能最小。 晶面角守恒 属于同种晶体的两个对应晶面之间的夹角恒定不变,3、何谓“单晶”,Mono-crystal，mono-crystalline， single crystal 整个晶体是一个完整的单一结构，即结晶体内部的微粒在三维空间呈高度有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序,晶体的原子在长程范围内、在三维空间中都保持有序而且重复的结构，一组原子的重复单元叫晶胞。 如果晶胞在

4、三维方向上是整齐重复排列的单晶（比如象一块一块的同样的整齐、排列的砖）； 如果晶胞不是有规律的整齐排列多晶 （一堆杂乱无序、不同的砖,单晶与多晶的区别,具体地说,单晶就是长程和短程都有序的结构，而多晶是短程有序，长程无序的结构。 在晶体衍射仪，单晶的衍射点是独立清晰的，多晶的衍射点连在一起。 单晶的齐整程度远远高于多晶,现代科技中的晶体材料,材料科学是人类文明大厦的基石，在现代技术中, 晶体材料更占有举足轻重的地位. 人类对固态物质的理解在很大程度上以单晶材料为基础，所以晶体在物质结构研究中也具有特殊重要性,水晶（石英）单晶 一种性能优异的压电单晶，广泛用于彩电、移动通讯计算机的录像机、遥控器

5、等电子工业元器件的制造,电子信息行业的应用,半导体光学中 单晶硅：大规模集成电路中的基础材料,能源方面 硅单晶：太阳能电池的主要材料 三高（高温、高压、高频）领域 砷化镓（GaAs)单晶：工作器件的主要材料 节能行业 氧化锌单晶：用作白光发射二极管的基础材料,计算机行业 金刚石单晶：热导率高，被用作高速计算机的芯片 石油开采和地质行业 钻探的钻头 装饰,钻石环,光学领域。 石英单晶：优异的光学性能，被广泛用作各种光学透镜、棱境、偏振片和滤波片、数码相机器件等。 摻钕的石榴石单晶（Nd:YAG)：称为“激光晶体”，作为固体激光器的工作介质 锗酸铋（BGO）单晶：作为核科学高能粒子探测的闪烁晶体

6、氘化磷酸二氢钾（DKDP）、磷酸钛氧钾（KTP）、偏硼酸钡、铌酸钾等用作非线性晶体，在压电、铁电、磁光、超导等行业均有应用,半导体的后起之秀砷化镓,作为半导体材料，GaAs的综合性能优于Si, 开关速度仅为10-12 s(而Si为10-9 s), 用GaAs芯片制造计算机将使运算速度提高千倍.GaAs是超级计算机、光信号处理和卫星直接广播接收的理想材料,现 代 科 技 中 的 晶 体,利用方解石的双折射现象可以制成偏光棱镜；利用氯化钠、溴化钾等碱卤晶体的透红外性能可以制作各种红外分光光度计的窗口,光 学 材 料,现 代 科 技 中 的 晶 体,激光是20世纪60年代最重大科学成就之一. 除红宝

7、石和钇铝石榴石之外，近年发展的氟化钇锂晶体是稀土离子激光晶体的后起之秀；金绿宝石激光输出波长在一定范围内可调, 成为热门课题. 我国的铝酸钇激光晶体性能已处于世界领先地位,激 光 材 料,现 代 科 技 中 的 晶 体,掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）单晶体,掺钕钒酸钇（Nd:YVO4）单晶体,掺钕钒酸钇（Nd:YVO4）晶体,掺钕的YVO4晶体（Nd:YVO4，掺杂浓度0.2-3at%）在激光波长有大的受激辐射截面，高的吸收系数和宽的吸收带宽，并具有优良的机械、物理、光学性能，特别适于制作微小型固体激光器，可做成全固态微小型绿色、红色及蓝色激光器，已在国内外军事、信息产业等多个领域得到广泛的应

8、用,激 光 材 料,1981年发展的碰撞锁模染料激光器产生飞秒 (1 fs=10-15 s)级激光脉冲. 90年代, 更稳定的全固体超快掺钛蓝宝石飞秒激光器出现, 使飞秒化学成为物理化学界的重要研究领域. 1999年诺贝尔化学奖授予Ahmed H Zewail教授,以表彰他利用飞秒激光脉冲技术研究超快化学反应过程和过渡态的开拓性工作,飞 秒 激 光 器 与 飞 秒 化 学,现 代 科 技 中 的 晶 体,红 外 热 成 象,夜视技术已成为军队现代化装备的重要标志之一.热象仪的核心是用热释电材料制作,但有实用价值的热释电材料不多.碲镉汞晶体的出现促进了夜视技术的快速发展,现 代 科 技 中 的

9、晶 体,锗酸铋（BGO）晶体是一种新型闪烁晶体，在基本粒子、空间物理和高能物理等研究领域有广泛应用. 丁肇中教授在西欧核研究中心领导的L3实验使用大量BGO. 上海硅酸盐研究所生产的长25 cm、重5 kg的BGO晶体以分辨率最高、光衰量最低、均匀性最好等优点在国际市场竞争中取胜，被国际科技界公认为佼佼者,高 能 粒 子 探 测 器,现 代 科 技 中 的 晶 体,非线性光学晶体： KTP,磷酸氧钛钾(KTiPO4，简 KTP)是高效激光倍频材料，广泛用于非线性光学领域，在蓝绿激光器中有重要应用. 蓝绿激光器可用于引发核聚变、海底导弹潜艇通信等,现 代 科 技 中 的 晶 体,非线性光学晶体：LiNbO3,晶体中NbO6八面体中的Nb沿C3轴相对于配位原子O作不对称位移,LiNbO3是新型电光晶体材料，电光效应大，折射率高. 用于激光技术、全息存储等领域,利用Y晶体使光减速,德克萨斯