人工晶體 ppt課件

1、人工晶體,2024/3/23,25,簡(jiǎn)介,人工晶體是近代晶體學(xué)的重要分支學(xué)科，也是材料科學(xué)的重要組成部分，屬新型材料。人工晶體學(xué)包括材料制備科學(xué)、晶體生長(zhǎng)機(jī)理、新晶體材料的探索和晶體的表征等。是材料學(xué)，凝聚態(tài)物理和固體化學(xué)等多學(xué)科交叉的學(xué)科。學(xué)科基礎(chǔ)：化學(xué)，凝聚態(tài)物理，電子學(xué)，光學(xué)等。應(yīng)用領(lǐng)域：電子學(xué)，微電子學(xué)，光學(xué)，光電子學(xué)，聲學(xué)，磁學(xué)，醫(yī)學(xué)等。,2024/3/23,25,1. 晶體的發(fā)展,石器時(shí)代——石英飾物——寶石

2、 工業(yè)化進(jìn)程對(duì)晶體的需求日益增加：如加工業(yè)需要金剛石，鐘表業(yè)和精密儀器需要紅寶石軸承光學(xué)工業(yè)需要偏光鏡（冰洲石），超聲和壓電技術(shù)需要壓電水晶等，促進(jìn)了人工晶體的迅速發(fā)展。,2024/3/23,25,石英晶簇 (SiO2),石膏晶體 (CaSO4.2H2O),石鹽晶體（NaCl),黃鐵礦晶體(FeS2),2024/3/23,25,（1）自限性： 晶體在適當(dāng)?shù)臈l件下會(huì)自發(fā)形成幾何多面體的性質(zhì)。晶體的多面體形態(tài)，是其格子構(gòu)造在外形上

3、的直接反映，晶面、晶棱和角頂分別與格子構(gòu)造中的面網(wǎng)、行列和結(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。,,1.1 晶體的特性,25,（2）均一性：晶體是具有格子構(gòu)造的固體，在同一晶體的各個(gè)不同部分，質(zhì)點(diǎn)的分布是一樣，所以晶體的各個(gè)部分的物理和化學(xué)性質(zhì)也是相同，這就是晶體的均一性。,2024/3/23,25,（3）異向性：同一格子構(gòu)造中，在不同方向上質(zhì)點(diǎn)排列一般是不一樣的，所以晶體的性質(zhì)也隨方向的不同而有所差異，即晶體的異向性，如藍(lán)晶石和鉆石。非晶質(zhì)體一般具有等向性，其

4、性質(zhì)不因方向而有所差別。,2024/3/23,25,（4）對(duì)稱(chēng)性：晶體具有異向性，但不排斥在某些特定方向具有相同的性質(zhì)。在晶體的外形上，也常有相等的晶面、晶棱和角頂出現(xiàn)。這種相同性質(zhì)在不同的方向或位置上作有規(guī)律的重復(fù)，就是對(duì)稱(chēng)性。對(duì)稱(chēng)性是晶體非常重要的性質(zhì)，是晶體分類(lèi)的基礎(chǔ)。,2024/3/23,25,（5） 最小內(nèi)能：在相同的熱力學(xué)條件下，晶體和同種物質(zhì)的非晶質(zhì)體、液體、氣體相比較，其內(nèi)能最小。 事實(shí)證明，當(dāng)氣態(tài)、液態(tài)、非晶

5、態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)物質(zhì)時(shí)，為放熱反應(yīng)；而晶體遭到破壞時(shí)伴隨吸熱反應(yīng)。 （6）穩(wěn)定性：晶體由于有最小內(nèi)能，因而結(jié)晶狀態(tài)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，這就是晶體的穩(wěn)定性。,2024/3/23,25,巖漿巖的形成,天然熔體：巖漿,1.2 晶體的形成方式,（1）由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵?a.從熔體中結(jié)晶：當(dāng)熔體溫度低于熔點(diǎn)時(shí)，晶體開(kāi)始析出。,2024/3/23,25,金伯利巖巖筒的形成,2024/3/23,25,金剛石晶體,2024/3/23,25,庫(kù)里南

6、鉆石,2024/3/23,25,蒙山一號(hào),金雞鉆石(281.25克拉),長(zhǎng)林,2024/3/23,25,“沒(méi)有金剛鉆，別攬瓷器活” 工業(yè)鉆頭（玻璃刀）人工制備（得率較低）,2024/3/23,25,b.從溶液中結(jié)晶：當(dāng)溶液達(dá)到過(guò)飽和時(shí)，析出晶體，方式有：溫度降低、水分蒸發(fā)和化學(xué)反應(yīng)生成難溶物質(zhì)。,2024/3/23,25,青海察爾汗鹽湖,2024/3/23,25,（2）由氣體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w：條件是有足夠低的蒸氣壓，如雪花就是由水蒸氣冷卻

7、直接結(jié)晶成的晶體。,2024/3/23,25,火山裂縫噴氣孔附近的自然硫沉積,,2024/3/23,25,（3）由固相再結(jié)晶為固相，稱(chēng)為再結(jié)晶作用：1）同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變：某種晶體，在熱力學(xué)條件改變時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體。它們?cè)谵D(zhuǎn)變前后的成分相同，但是晶體結(jié)構(gòu)不同，如石英。2）原礦物晶體顆粒變大：如細(xì)粒方解石組成的石灰?guī)r再結(jié)晶成為粗粒方解石晶體組成的大理石。3）固態(tài)非晶質(zhì)結(jié)晶：如玻璃向晶體轉(zhuǎn)變等。,2024/3/23,25,1.3 人工晶體

8、的研究目的：應(yīng)用及晶體生長(zhǎng)問(wèn)題的研究。 19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)許多礦物在水相和高溫高壓下能形成晶體，但沒(méi)有理論和條件支持。 1918年熔體提拉法等方法出現(xiàn)，鹵化物光學(xué)單晶、人工水晶、半導(dǎo)體單晶等出現(xiàn)，1955年高壓合成金剛石第一次成功。,2024/3/23,25,中國(guó)起步晚，1957年第一顆氧化鋁晶體(紅寶石)成功?，F(xiàn)能合成幾乎所有重要晶體，其中偏硼酸鋇(BBO)、三硼酸鋇(LBO)、鍺酸鉍(BGO)、鱗酸氧鈦鉀(KTP)己在

9、國(guó)際上占有重要地位。 21世紀(jì)晶體己從體(塊狀)、面(薄膜晶體)、線(纖維晶體)、點(diǎn)(納米晶)、智能晶、全方位發(fā)展，涉及很多交叉學(xué)科，成為單獨(dú)一門(mén)科學(xué)。,2024/3/23,25,BGO是Bi2O3-GeO2系化合物鍺酸鉍的總稱(chēng)，目前往往特指其中的Bi4Ge3O12。這是一種閃鑠晶體，無(wú)色透明；當(dāng)一定能量的電子、γ射線或重帶電粒子進(jìn)入時(shí)，它能發(fā)出藍(lán)綠色的熒光，記錄熒光的強(qiáng)度和位置，就能計(jì)算出入射電子等粒子的能量和位置。這就是

10、BGO的“眼睛”作用，即可用作高能粒子的“探測(cè)器”。美國(guó)科學(xué)家Weber首先預(yù)言了BGO作為新一代閃鑠體的應(yīng)用前景，而我國(guó)科學(xué)家把BGO晶體推向了工業(yè)生產(chǎn)，至今在世界上處于領(lǐng)先地位。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、著名的高能物理學(xué)家丁肇中教授領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)大規(guī)模的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，模擬宇宙初開(kāi)時(shí)大爆炸過(guò)程所需的11噸BGO晶體，就是由我國(guó)提供的。其反應(yīng)如下：,2024/3/23,25,從BGO的生長(zhǎng)技術(shù)來(lái)說(shuō)，需掌握下列幾條:（1）精確配制原料 使用了高純度(

11、99.999%)的Bi2O3和GeO2，嚴(yán)格按化學(xué)計(jì)量比配制原料，其中任一組分都不能超出“萬(wàn)分之幾”。（2）保持穩(wěn)定溫度 為防止有絲毫的缺陷產(chǎn)生，整個(gè)系統(tǒng)的溫度要維持在高穩(wěn)定狀態(tài)（±0.5℃）下幾百小時(shí)。（3）嚴(yán)格要求高純度 如起始原料中有多于10-7~10-8的雜質(zhì)，如Fe、Pb、Cr和Mn等，BGO在光或X-射線輻照下會(huì)變成棕色，形成“輻射損傷”。雜質(zhì)含量越高，損傷就越嚴(yán)重。 總之，BGO在高能物理

12、、核醫(yī)學(xué)、核工業(yè)和石油勘探等方面，有著廣泛的應(yīng)用。,2024/3/23,25,2. 面向21世紀(jì)的人工晶體,薄膜晶體的制備向材料和器件一體化方向發(fā)展 是人工晶體的重要發(fā)展方向，其中包括在同質(zhì)或異質(zhì)襯底單晶上外延生長(zhǎng)晶體的 主要方法。光子晶體——光半導(dǎo)體 在完整的三維光子晶體中，光不能沿任意方向傳播，一旦出現(xiàn)點(diǎn)缺陷或線缺陷，光便隨缺陷傳出；由于有光子禁帶，光拐彎時(shí)幾乎無(wú)能量損失；因此可在微米

13、亞微米尺寸上控制光傳播。微米晶和納米晶——超微細(xì)粉體 小尺寸效應(yīng)導(dǎo)致的獨(dú)特性能。如電氣石健康新材料。智能晶體 對(duì)環(huán)境可感知并作出響應(yīng)的晶體。,2024/3/23,25,3. 人工晶體的分類(lèi),按照化學(xué)分類(lèi)：無(wú)機(jī)晶體、有機(jī)晶體、無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合晶體；按照生長(zhǎng)方法分類(lèi)：體塊晶體、薄膜晶體、超薄層晶體、纖維晶體；按照物理性質(zhì)分類(lèi)：半導(dǎo)體晶體、激光晶體、非線性光學(xué)晶體、光折變晶體、電光晶體、磁光晶

14、體、聲光晶體、閃爍晶體等；……,2024/3/23,25,研究人工晶體目的：定向培養(yǎng)所需性能的單晶材料。,4. 人工晶體形成原理 晶體形成是在一定熱力學(xué)條件下發(fā)生相變過(guò)程。 可分為成核和晶體生長(zhǎng)兩個(gè)階段； 晶體生長(zhǎng)又分為兩個(gè)基本過(guò)程：界面過(guò)程、輸運(yùn)過(guò)程。,2024/3/23,25,4.1 相變過(guò)程的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)從化學(xué)平衡觀點(diǎn)，晶體形成可以看作復(fù)相化學(xué)反應(yīng)：固體→晶體；液體→晶體；氣體→晶體。晶體形成過(guò)

15、程是物質(zhì)由聚集態(tài)即氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)(包括非晶態(tài)和其他晶相)向特定晶體轉(zhuǎn)變過(guò)程，是控制相變的過(guò)程。分為單組份結(jié)晶和多組分結(jié)晶。,2024/3/23,25,利用平衡狀態(tài)下的熱力學(xué)知識(shí)，有利于：,研究結(jié)晶相形成和穩(wěn)定存在的條件；預(yù)測(cè)相變?cè)谑裁礂l件下(溫度、壓力、晶種)能進(jìn)行；預(yù)測(cè)生長(zhǎng)量及成分隨溫度、壓力和實(shí)驗(yàn)中其它變量變化情況； 其中，相圖是確定合成方法、配料成分組成、合成溫度和工藝的重要依據(jù) 。,2024/3/23,25,,

16、2024/3/23,25,4.1.1 氣相生長(zhǎng),右圖系固-氣平衡曲線圖，曲線上的B點(diǎn)，代表固-氣平衡時(shí)的壓力和溫度，將壓力由P0變成P1(P1＞P0)，則其狀態(tài)移至a點(diǎn)，如a點(diǎn)體系仍為氣相，則處亞穩(wěn)態(tài)，其壓力大于P0時(shí)晶體與蒸氣的平衡蒸氣壓，該蒸氣有轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的趨勢(shì),力圖回復(fù)到平衡狀態(tài)。 dG＝sdT＋VdP,由此可見(jiàn)當(dāng)蒸氣壓到達(dá)過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，體系才能由氣相漸變成晶相。衡量相變驅(qū)動(dòng)力大小的量是體系蒸氣壓的過(guò)飽和度

17、。,25,溶液處于過(guò)飽和狀態(tài)，才具備從溶液中結(jié)出晶體的驅(qū)動(dòng)力。,4.1.2 溶液生長(zhǎng),25,4.1.3 熔體生長(zhǎng),原理：將結(jié)晶物質(zhì)加熱到熔點(diǎn)以上熔化、在一定溫度梯度下進(jìn)行冷卻、用各種方式緩慢移動(dòng)固液界面，使熔體逐漸凝固成晶體。熔體生長(zhǎng)與溶液生長(zhǎng)、助熔劑生長(zhǎng)的不同之處：(1)長(zhǎng)晶體過(guò)程中不是質(zhì)量輸運(yùn)而是熱量輸運(yùn)，結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力是過(guò)冷度而不是過(guò)飽和度。(2)結(jié)晶釋放的潛熱只能通過(guò)生長(zhǎng)著的晶體輸運(yùn)出。固體熱量傳輸過(guò)程遠(yuǎn)較通過(guò)擴(kuò)散質(zhì)量傳輸過(guò)

18、程快，熔體生長(zhǎng)速度比溶液生長(zhǎng)、助熔劑生長(zhǎng)快得多。,2024/3/23,25,4.2 成核機(jī)理,要使結(jié)晶過(guò)程發(fā)生，除了要有足夠的驅(qū)動(dòng)力，還要在體系中首先形成新相（晶體）的核，因此體系中出現(xiàn)兩相界面。 然后依靠界面逐漸向舊相移動(dòng)而使新相不斷長(zhǎng)大。這種新相核的發(fā)生和長(zhǎng)大即為成核過(guò)程。,2024/3/23,25,4.2.1 均勻成核,不考慮外來(lái)質(zhì)點(diǎn)或表面存在的影響，認(rèn)為在一個(gè)體系中各個(gè)地方成核的概率相等——宏觀。 圖中：

19、△ GV出現(xiàn)晶核引起的體系自由能降低； △GS新相出現(xiàn)引起的附加表面自由能增加；Rc臨界半徑。,成核過(guò)程中晶核半徑r與體系自由能變化△G的關(guān)系,2024/3/23,25,R較小時(shí)， △ Gs起主要作用，自由能提高，核消融的可能性較大；R較大時(shí)， △ Gv起主要作用，自由能下降，晶核生長(zhǎng)的可能性大。 △ Gc為晶核形成需克服的勢(shì)壘，是形成能。 體系過(guò)飽和度越大，臨界晶核越小，形成能越低。,2024/3/23

20、,25,4.2.2 非均勻成核,實(shí)際的晶體生長(zhǎng)系統(tǒng)，經(jīng)常有不均勻部位存在，影響成核過(guò)程。 非均勻成核由于母相內(nèi)存在不均勻性，有效降低了成核時(shí)的表面勢(shì)壘，因此成核需過(guò)飽和度小的多。,2024/3/23,25,非均勻成核的應(yīng)用,工業(yè)結(jié)晶鑄件凝固人工降雨外延生長(zhǎng)等單晶生長(zhǎng)過(guò)程中，要防止成核。,2024/3/23,25,4.3 晶體生長(zhǎng)界面過(guò)程,生長(zhǎng)基元在生長(zhǎng)界面上通過(guò)一定機(jī)制進(jìn)入晶體的過(guò)程。1.晶體生長(zhǎng)母相為氣相或液相，

21、環(huán)境相與晶相質(zhì)點(diǎn)密度差別大。稀薄環(huán)境相—切向或?qū)酉蛏L(zhǎng)；2.晶體生長(zhǎng)母相為該物質(zhì)熔體，環(huán)境相與晶相密度差別小。濃厚環(huán)境相—法向生長(zhǎng)。,2024/3/23,25,4.4 晶體生長(zhǎng)的輸運(yùn)過(guò)程,熱量輸運(yùn)：晶體從濃厚環(huán)境相生長(zhǎng)時(shí)，結(jié)晶潛熱必須從生長(zhǎng)界面輸運(yùn)出去，凝固才能發(fā)生；質(zhì)量輸運(yùn)：晶體從稀薄環(huán)境相生長(zhǎng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)（生長(zhǎng)基元）首先要輸運(yùn)到生長(zhǎng)界面，然后才能進(jìn)行界面過(guò)程。混合輸運(yùn)：熱量輸運(yùn)與質(zhì)量輸運(yùn)同時(shí)進(jìn)行。,2024/3/23,25,

22、4.5 人工晶體合成技術(shù),晶體的生長(zhǎng)技術(shù)的選擇，取決于晶體的物化性質(zhì)和應(yīng)用要求。選擇原則為：有利于提高晶體完整性，嚴(yán)格控制晶體中的雜質(zhì)和缺陷；有利于提高晶體利用率，降低成本——大尺寸；有利于晶體的加工和器件化；有利于晶體生長(zhǎng)的重復(fù)性和產(chǎn)業(yè)化。,2024/3/23,25,4.5.1 氣相生長(zhǎng),包括：物理氣相沉積(升華-凝結(jié)法、分子束外延法、離子束沉積法)、化學(xué)氣相沉積和氣-液-固生長(zhǎng)法。（1）升華-凝結(jié)法

23、 將多晶原料經(jīng)氣相轉(zhuǎn)化為單晶。適用于常溫下、蒸氣壓較高的單質(zhì)和化合物，如As、Cd、Zn、ZnS、SiC。,2024/3/23,25,（2） 制備金剛石薄膜CVD技術(shù),金剛石薄膜的發(fā)展很快，有熱絲法、微波等離子體法、直流等離子體噴射法等。微波等離子體CVD技術(shù)：利用微波功率饋入激勵(lì)輝光放電，能在很寬的氣壓范圍內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體，其內(nèi)的電子密度高。,25,（3） 氣-液-固(VLS)生長(zhǎng)法,VLS法是瓦格納和伊利斯60年代發(fā)明的

24、晶須生長(zhǎng)技術(shù)，其特點(diǎn)是通過(guò)溶液媒介在氣相中析出固相。將金粒置于單晶硅襯底上， 370℃形成低共熔合金， H2+SiCl4→Si,50*400微米,25,4.5.2 溶液生長(zhǎng),基本原理：將原料(溶質(zhì))溶解在溶劑中，采用適當(dāng)措施造成溶液的過(guò)飽和，使晶體在過(guò)飽和溶液的亞穩(wěn)區(qū)中生長(zhǎng)。使溶液保持亞穩(wěn)區(qū)內(nèi)，確保析出的溶質(zhì)在籽晶上成單晶，避免出現(xiàn)自發(fā)單晶體；特點(diǎn)：生長(zhǎng)溫度低、粘度小、易生大塊、均勻、性能良好的晶體；關(guān)鍵：是控

25、制溶液過(guò)飽和度；手段：改變溫度、移去溶劑，控制化學(xué)反應(yīng)等方式；方法：凝膠法、水熱法和助熔劑生長(zhǎng)法等。,2024/3/23,25,（1）凝膠法,原理：以凝膠作為擴(kuò)散和支持介質(zhì)，使一些在溶液中進(jìn)行的反應(yīng)在凝膠中緩慢進(jìn)行，溶解度較小的產(chǎn)物在凝膠中析晶。特點(diǎn)：速度慢、尺寸小、使用不廣，但和人體中結(jié)石形成的病理相似?？勺鞑±硌芯俊＿m用對(duì)象，典型晶體：酒石酸鈣。,2024/3/23,25,（2）水熱法—高溫高壓下水溶液溫差法,定義：高溫高壓

26、下，利用水溶液的溫度梯度去溶解和結(jié)晶在通常條件下不溶于水的物質(zhì)。工藝：在高壓釜中，晶體原料(培養(yǎng)料)放在高溫處（底部），籽晶置于低溫處（上部），釜內(nèi)中間填充溶劑，由于上下溫差形成對(duì)流，將高溫下的飽和溶液在生長(zhǎng)區(qū)形成過(guò)飽和液而析晶。循環(huán)往復(fù)，晶體長(zhǎng)大。,2024/3/23,25,（3）助熔劑法,助熔劑法原理：使結(jié)晶物質(zhì)在高溫下溶解于低熔點(diǎn)助熔劑溶液內(nèi)，形成均勻的飽和溶液，保持一段時(shí)間，再通過(guò)緩慢降溫，進(jìn)入過(guò)飽和狀態(tài)使晶體析出。籽晶旋轉(zhuǎn)

27、法；頂部籽晶旋轉(zhuǎn)提拉法；底部籽晶水冷法；坩堝倒轉(zhuǎn)法及傾斜法。,采用加速坩堝旋轉(zhuǎn)和 底部加冷卻的技術(shù),25,理想的助熔劑的條件,對(duì)晶體材料應(yīng)具有足夠強(qiáng)的溶解能力； 　具有盡可能低的熔點(diǎn)和盡可能高的沸點(diǎn)； 　應(yīng)具有盡可能小的粘滯性； 　在使用溫度下?lián)]發(fā)性要低(蒸發(fā)法除外)； 　毒性和腐蝕性要小，不易與坩堝材料發(fā)生反應(yīng)； 　 不易污染晶體，不與原料反應(yīng)形成中間化合物； 　 易把晶體與助熔劑分離。 常

28、采用的助熔劑：硼、鋇、鉍、鉛、鉬、鎢、鋰、鉀、鈉的氧化物或氟化物，如B2O3，BaO，Bi2O3，PbO，PbF2，MoO3，WO3，Li2O，K2O，KF，Na2O，NaF，Na3AlF6等。,2024/3/23,25,助熔劑法生長(zhǎng)晶體特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：適用性很強(qiáng)，幾乎對(duì)所有材料，都能夠找到適當(dāng)?shù)闹蹌瑥闹猩L(zhǎng)單晶； 生長(zhǎng)溫度低，許多難熔化合物可長(zhǎng)出完整單晶，可避免高的能源消耗等問(wèn)題；助熔劑法可以在相變溫度以下生長(zhǎng)晶體，可避免發(fā)生相

29、變而產(chǎn)生得嚴(yán)重應(yīng)力；生長(zhǎng)出的晶體質(zhì)量好；助熔劑法生長(zhǎng)晶體的設(shè)備簡(jiǎn)單，是一種很方便的晶體生長(zhǎng)技術(shù)。,2024/3/23,25,,缺點(diǎn)：生長(zhǎng)速度慢，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)。 晶體尺寸較小。 坩堝和助熔劑對(duì)合成晶體有污染。 許多助熔劑具有不同程度的毒性，其揮發(fā)物常腐蝕或污染爐體和環(huán)境。,2024/3/23,25,4.5.3 熔體生長(zhǎng),從熔體中長(zhǎng)晶體是目前所有長(zhǎng)晶體方法中用得最多最重要的一種，現(xiàn)代電子、光電子技術(shù)中所需的單晶材料如Si、Li

30、NbO3、BGO、Nd 、YAG 、Al2O3都用此法。原理：將結(jié)晶物質(zhì)加熱到熔點(diǎn)以上熔化、在一定溫度梯度下進(jìn)行冷卻、用各種方式緩慢移動(dòng)固液界面，使熔體逐漸凝固成晶體。特點(diǎn)：長(zhǎng)晶體過(guò)程中不是質(zhì)量輸運(yùn)而是熱量輸運(yùn)，結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力是過(guò)冷度而不是過(guò)飽和度；結(jié)晶釋放的潛熱只能通過(guò)生長(zhǎng)著的晶體輸運(yùn)出；固體熱量傳輸過(guò)程遠(yuǎn)較通過(guò)擴(kuò)散質(zhì)量傳輸過(guò)程快，熔體生長(zhǎng)速度比溶液生長(zhǎng)、助熔劑生長(zhǎng)快得多。,25,（1）晶體提拉法,原料在坩堝中加熱熔化，引入籽晶(裝在

31、一根可從旋轉(zhuǎn)和升降且可通水冷卻的提拉桿上)、緩慢向上提拉和轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)緩慢降低加熱功率，籽晶逐漸長(zhǎng)粗；小心調(diào)節(jié)加熱功率就能得到所需直徑晶體。,25,導(dǎo)模技術(shù),是控制晶體形狀的提拉法 ，可按所需的形狀尺寸來(lái)長(zhǎng)晶體。將惰性的、下部帶有細(xì)管道的模具置于熔體之中，熔體由于毛細(xì)作用被吸到模具的上表面與籽晶接觸后，隨籽晶的提拉而不斷凝固，而模具上部邊沿限制著晶體的形狀?？缮L(zhǎng)片狀、帶狀、管狀、纖維狀及異形晶體。有Ge、Si、 Al2O3以及幾種鈮

32、酸鹽晶體。,25,（2） 坩堝下降法—定向凝固法,原理：使盛料容器從高溫區(qū)進(jìn)入低高溫區(qū)，熔體逐漸得到冷卻而凝固結(jié)晶，結(jié)晶過(guò)程由坩堝一端(可放籽晶)開(kāi)始而逐漸擴(kuò)展到整個(gè)熔體。見(jiàn)右圖固-液界面的移動(dòng)一般采用移動(dòng)坩堝(垂直、水平均可)方式。適于生長(zhǎng)大直經(jīng)(450mm)堿鹵化物晶體。我國(guó)曾創(chuàng)造性地用此法生長(zhǎng)閃爍晶體，在國(guó)際上首次用此法實(shí)現(xiàn)了BGO大晶體工業(yè)化生產(chǎn)，用于歐洲核子研究中心(CERN)正電子對(duì)撞機(jī)電磁量能器上。,25,（3） 區(qū)

33、熔法,熔區(qū)被限制在一段狹窄范圍內(nèi)，隨熔區(qū)由始端沿料錠向另一端緩慢移動(dòng)，晶體生長(zhǎng)過(guò)程逐漸完成。優(yōu)點(diǎn)：與坩堝法相比，降低了坩堝對(duì)熔體的污染；區(qū)熔比整體熔減少了能耗；提高了晶體純度；浮區(qū)熔為無(wú)坩堝熔化；控制工藝過(guò)程，可適用于不同晶體生長(zhǎng)。,2024/3/23,25,水平區(qū)熔 浮區(qū)法 基座法 水平區(qū)熔法示意圖

34、 浮區(qū)法示意圖 基座法示意圖,2024/3/23,25,4.5.4 固相合成,再結(jié)晶法：在冶金中常用的固-固生長(zhǎng)法1)燒結(jié)---結(jié)晶粉料經(jīng)壓實(shí)、在低于其熔點(diǎn)溫度下保溫?cái)?shù)小時(shí)，使其中一些晶粒長(zhǎng)大而另一些晶粒則消失(主要是非金屬)；2)應(yīng)變退火法----材料(多為金屬)在加工中引進(jìn)應(yīng)變能，退火消除應(yīng)變力，使晶粒長(zhǎng)大，應(yīng)變