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3分钟了解晶体生长技术 晶体生长


3分钟了解晶体生长技术 晶体生长

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晶体生长(3分钟了解晶体生长技术)
晶体生长技术是利用物质(液态、固态和气态)的物理化学性质来控制相变过程，获得具有一定结构、尺寸、形状和性能的晶体的技术 。

(a)天然刚玉，可通过熔化和人工晶体生长获得 。(b)通过人工晶体生长获得的红宝石 。人工晶体生长的奇观可见一斑，堪称“点石成玉”技术 。
晶体生长的历史可以追溯到公元前2700年左右 。当时，我们的祖先已经掌握了从海水中获取盐晶体的方法 。中国明代的《天工开物》一书中记载“生而有卤，生而有盐” 。这里的“生命”是人工信息资源网络的晶体生长 。在我国古代炼丹术中，有“朱砂烧成水银，再经积累，变成朱砂”的记载 。下面这句话是用S和Hg合成HgS晶体的过程 。但在漫长的历史中，晶体生长一直是经验传授的技巧 。

直到20世纪初，现代科学技术的原理不断被用来控制晶体生长的过程，晶体生长开始从技术向科学演变 。特别是20世纪50年代以来，以单晶硅为代表的半导体材料的发展，推动了晶体生长的理论研究和技术发展 。
晶体生长方法
近年来，化合物半导体、光电子材料、非线性光学材料、超导材料、铁电材料、金属单晶材料等电子材料的发展引发了一系列理论问题，对晶体生长技术提出了越来越复杂的要求 。晶体生长原理和技术的研究已经变得越来越重要，成为现代科学技术的一个重要分支 。
目前，已经逐渐形成了一系列关于晶体生长的科学理论，并用于控制晶体生长过程 。但这一理论体系并不完善，仍有大量内容依赖于经验 。因此，人们通常认为人工晶状体的生长是科技与科学的结合 。
制备完整晶体需要以下条件:
(1)反应体系的温度应控制均匀，防止局部过冷或过热，影响晶体的形核和生长；
(2)结晶过程要尽可能的慢，防止自发成核，因为一旦自发成核，就会产生很多细小的颗粒，阻碍晶体的生长；
(3)使冷却速度与晶体的成核和生长速度相匹配，使晶体生长均匀，晶体内没有浓度梯度，成分不偏离化学平衡 。
根据其母相的类型，晶体生长方法可分为四类:熔体生长、溶液生长、气相生长和固相生长 。随着控制条件的变化，这四种晶体生长方法演变成了几十种晶体生长技术 。
1熔体生长
是指原料在高温下完全熔化，然后采用不同的技术手段，在一定条件下制备出满足一定技术要求的单晶材料 。熔体必须在受控条件下定向凝固，生长过程由固液界面的运动完成 。熔体生长是制备大单晶和异形单晶最常用和最重要的方法，具有生长速度快、晶体纯度和完整性高等优点 。
包括提拉法、坩埚下降法、区域熔炼法、基座法、冷坩埚法和火焰熔炼法 。

【3分钟了解晶体生长技术 晶体生长】
2溶液生长
溶液法的基本原理是将原料(溶质)溶解在溶剂中，采取适当的措施使溶液过饱和，使晶体在其中生长 。包括水溶液法、水热法和共溶剂法 。水溶液法一般在常压、低温(100℃以下)下进行 。
该解决方法具有以下优点:
(1)降低粘度 。有些晶体在熔融状态下粘度很高，但不能形成晶体，冷却后变成玻璃状 。溶液法通过使用低粘度溶剂可以避免这个问题 。
(2)容易生长成均匀性好、形状比较完整的大晶体 。
(3)在大多数情况下，可以直接观察晶体生长过程，便于研究晶体生长动力学 。
溶液法的缺点是成分多，影响晶体生长的因素复杂，生长速度慢，周期长(通常需要几十天甚至一年以上) 。此外，溶液法晶体生长需要高的温度控制精度 。

3汽相生长
气相生长是通过升华、蒸发、溅射或分解将待生长的晶体材料转变为气相，然后在适当的条件下沉积，实现材料从源材料到固体薄膜的可控信息资源网络的原子转移 。该膜可以是单晶或非晶的 。
目前，气相法主要用于晶须、板状晶体和外延膜(同质外延和异质外延)的生长，但大尺寸块状晶体的生长有其缺点 。
沉积速率和衬底温度是影响薄膜沉积过程和微观结构的两个最重要的因素 。为了获得具有理想单晶结构的薄膜，一个必要条件是应该适当提高沉积温度并降低沉积速率 。低温沉积和高速沉积通常导致多晶沉积结构的形成 。
汽相晶体生长具有以下特点:
1)生长的晶体纯度高；
2)生长的晶体完整性好；
3)晶体生长缓慢；


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