单晶制备张成智ppt课件

1、单晶制备单晶制备 张成智 单晶：比较完好晶粒构成的资料，如：单晶纤维、单晶硅。 多晶：由多个晶粒构成的资料，其性能与晶粒大小和晶界的性质有亲密的关系。 非晶：由原子或分子长程无序陈列的固态资料，如：玻璃，聚合物。准晶：是20世纪80年代晶体学研讨中的一次突破它是无平移同期性但有位置序的晶体，如：在急冷凝固的Al Mn合金，具有五重旋转对称但并无无平移周期性。 下面我们来着重讲一下单晶2 单晶的开展单晶的开展随着电子技术、激光技术和一些新型陶瓷资料的迅速开展，在很多场所下需求单晶资料资料整体只需一个晶粒，内部没有晶界。单晶是由构造基元原子，原子团，离子，在三维空间内按长程有序陈列而成的固态物质。

2、或者说是由构造基元在三维空间内，呈周期陈列而成的固态物质。如水晶，金刚石，钻石、宝石等。3单向有序陈列决议了它具有以下特征：单向有序陈列决议了它具有以下特征：4 单晶是如何做出来的呢？单晶是如何做出来的呢？ 单晶硅5 单晶的生长工艺单晶的生长工艺 单晶资料的制备又称晶体生长，是物质的非晶态，多晶态，或可以构成该物质的反响物，经过一定的物理或化学手段转变为单晶形状的过程。 单晶资料的制备关键是防止多余晶核的构成，保证独一晶核的长大，因此，要求资料纯度高，以防止非均匀形核，过冷度低以防止构成其它晶核。 6 7 8 籽晶籽晶 说到籽晶，我们先说说惯习面。惯习面：结晶通常在一定晶体学平面上构成，这个平

3、面就是惯习面。由于结晶时为了坚持能量最低，所以惯习面普通是晶体构造的密排面。运用籽晶的优点：作为非均匀形核点，可以使相变在其它均匀形核点所需求的温度发生；可以使晶体生长轴沿着与结晶轴平行的方向生长。适于半导体单晶Si、Ge及大多数激光晶体。 910上下的转速一样11 在一定温度场、提拉速度和旋转速度下，熔体经过籽晶生长，构成一定尺寸的单晶。其优点有：经过精细控制温度梯度、提拉速度、旋转速度等，可以获得优质大单晶；.可以经过工艺措施降低晶体缺陷，提高晶体完好性；经过籽晶制备不同晶体取向的单晶；.容易控制。 提拉法的缺陷是：.由于运用坩埚，因此，容易污染；.对于蒸气压高的组分，由于挥发，不容易控制

4、成分；.不适用于对于固态下有相变的晶体。1213又称Bridgman-Stockbarger法，在下降坩埚的过程中，能精细测温、控温。过热处置的熔体降到稍高于凝固温度后，坩埚下降至低温区，此时该部位呈多晶生长，当某一晶粒占优势时变为单晶生长。坩埚继续下降，晶体继续生长，直至 熔体全部进入低温区转变 为晶体，晶体生长终了。 最后进展晶体退火。 这种方法操作简便，可生 长很大尺寸的晶体。 其原理和提拉法一样。14 坩埚下降法优缺陷坩埚下降法优缺陷 生长晶体的优点有： 坩埚封锁，可消费挥发性物质的晶体； 成分易控制； 可生长大尺寸单晶； 常用于培育籽晶。 生长晶体的缺陷有： 不宜用于负膨胀系数的资料

5、； 由于坩埚作用，容易构成应力和污染； 不易于察看。 15又称KyroPoulos法，过热熔体降温至稍高于熔点，将籽晶浸入熔体中使其微熔，降低炉温或冷却籽晶杆，使籽晶周围熔体过冷，生长晶体。控制好温度，就能坚持晶体不断生长。 待其到达所需尺寸时，将晶体提出液 面，停顿生长。最后晶体退火。 本方法常用来生长碱金属卤化物、 蓝宝石等晶体。16 17蓝宝石属三方晶系,其晶体构造存在两个主要的滑移体系:底面滑移系和柱面滑移系。因此,在其生长工艺中,合理地选择温场的温度梯度和晶体生长方向将对晶体质量产生关键的影响。建立合理的温度梯度热系统是温度梯度的决议要素,是生长优质晶体的首要条件。18 泡生法与提拉

6、法的区别泡生法与提拉法的区别 泡生法是利用温度控制生长晶体，生长时只拉出晶体头部，晶体部分依托温度变化来生长，而拉出颈部的同时，调整加热电压以使得熔融的原料到达最适宜的生长温度范围。泡生法消费出来的单晶外形不规那么。19 4、 程度区熔法程度区熔法将结晶物质在坩埚中制成料锭；使坩埚一端移向高温区域，构成熔体；坩埚继续挪动，移出高温区的熔体构成晶体，移入高温区的料锭熔化构成熔体；坩埚另一端移出高温区后 生长终了。 本方法主要用于材 料的物理提纯，也 常用于晶体生长。20将多晶料棒紧靠籽晶；射频感应加热，使多晶料棒接近籽晶一端构成一个熔化区，并使籽晶微熔，熔化区靠外表张力支持而不流淌；同速向下挪动

7、多晶料棒和晶体，相当于熔化区向上移功，单晶逐渐长大，而料棒不断缩短，直至多晶料棒全部转变为晶体。21浮区法垂直区熔法也可以说是一种垂直的区熔法。在生长安装中，在生长的晶体和多晶棒之间有一段熔区，该熔区有外表张力所支持。熔区自上而下或自下而上挪动，以完成结晶过程。浮区法的主要优点是不需求坩埚，也由于加热不受坩埚熔点限制，可以生长熔点极高资料。生长出的晶体沿轴向有较小的组分不均匀性，在生长过程中容易察看等。可以生长搞纯度的晶体。浮区法晶体生长过程中，熔区的稳定是靠外表张力与重力的平衡来坚持，因此，资料要有较大的外表张力和较小的熔态密度。浮区法对加热技术和机械传动安装的要求都比较严厉。 22 6、焰熔法、焰熔法焰熔法火焰法，Verneuil method)，是一种最简单的无坩埚生长方法，十九世纪就被用来进展宝石的生长，并且，不断到如今，其根本原理都没有什么改动。焰熔法主要用来生长宝石氧化铝、尖晶石、氧化镍等高熔点晶体，其原理是利用氢气和氧气在熄灭过程中产生的高温，使一种疏松的原料粉末经过氢氧焰撒下熔融，并落在一个冷却的结晶杆上结成单晶。23 焰熔法的优点是： 不用坩埚，无坩埚污染问题。 可以生长高熔点氧化物晶体。 生长速度快，可生长较大尺寸的晶体。 设备简单，适用于工业消费。 焰熔法的缺陷是： 火焰温度梯度大，生长的晶体缺陷多。 易挥发或易被氧化的资料不宜运用。