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第五章 固体材料的制备;单晶材料的重要性;单晶材料的制备;常用的单晶生长方法可以分类表示如下： 1．固相-固相平衡的晶体生长: (l) 应变退火法; (2) 烧结生长法; (3) 同素异构转变法。 2．液相-固相平衡的晶体生长(单组分) : (1) 定向凝固法; (2) 籽晶法; (3) 提拉法; (4) 区域熔化法。 3．气相-固相平衡的晶体生长: (1) 升华法 (2) 溅射法。;固相-固相平衡的晶体生长;寻找最佳应变或临界应变：在应变退火方法中，通常在一系列试件上改变应变量，以便找到在退火期间引起晶粒生长所必需的最佳应变或临界应变。一般地说，1-10％的应变就足够了。;固相-固相平衡的晶体生长;液相-固相平衡的晶体生长;定向凝固法（布里奇曼-斯托克巴杰方法）;对坩埚的要求： 原材料不能和坩埚发生反应 原材料不粘附在坩埚上;金属、半导体和碱卤化合物以及碱土卤族化合物 生产中最大量应用的是碱卤化合物以及碱土卤族化合物 布里奇曼的第一篇文章(1925)是关于金属铋的。在该技术的早期把兴趣都集中在金属上 斯托克巴杰(1936)指出，该技术能够生长出LiF和CaF2。他首创的这种方法为大量生产光学用卤化物晶体奠定了基础 ;二）提拉法（丘克拉斯基法） (Czochraski.J，1917) 要生长的材料在坩埚中熔化，然后将籽晶浸到熔体中并缓慢向上提拉，同时旋转籽晶(这一方面是为了获得热对称性，另一方面也搅拌了熔体)。 生长高质量的晶体要求：提拉和旋转的速率要平稳，而且熔体的温度要精确控制。;提拉法必须满足的准则： 原材料熔化过程中不能分解 原材料不得与坩埚或周围气氛反应，可在密闭的设备中充满惰性、氧化性或还原性气氛 炉子要能加热原材料的熔点，该熔点要低于坩埚的熔点 建立提拉速度与热梯度相匹配的条件;1917年，丘克拉斯基首先把提拉技术应用于锡、铅、锌等低熔点金属 提拉法用得最广泛的是半导体材料，首先应用于制备单晶锗和硅。在目前半导体技术中，提拉法制备单晶是大量生产的重要技术。 晶体提拉法优于其他晶体生长技术的特点是，籽晶里的某些缺陷不一定传到生长的晶体中去 能在较短时间内生长出大而无位错的晶体 能够在控制得很好的条件下实现在籽晶上的生长;理想籽晶是所生长材料的无缺陷定向单晶 同一材料的多晶 另一材料的单晶 一根管 一根铁丝;三）区域熔化法 区熔技术首先用于提纯，现已成为半导体提纯的主要技术 生长单晶是区熔技术的副产品。水平区域熔化如图表示：熔区从左端开始。可将单晶体籽晶放在料舟的左边，然后熔区向右移动。倘若材料很容易结晶也可以不要籽晶。热源可以是射频加热或电阻元件的辐射加热、电子轰击以及强灯光或日光的聚焦辐射。当材料借助连续通过进行提纯时，晶粒尺寸也逐渐增加。;悬浮区域熔化法;其它一些晶体制备方法： 焰熔法生长宝石 人造金刚石;;;;;;小资料：克拉的解释 --------------------------------------------------英文名称carat, 宝石常用的重量单位(缩写ct．)。它本是非洲和地中海地区一种角豆树的种子，由于它大小几乎完全一样，所以古人每用其作为测定重量的法码，久而久之就成为一种重量单位。但起初各国所代表的重量并不相同，如： l克拉: 法国是205毫克；英美是205.3毫克；意大利佛罗伦萨是188.5毫克；荷兰是205.7毫克；德国为205.5-205.8毫克；阿拉伯为254.6毫克，等等。 1914年才统一为1克拉＝200毫克。 ;焰熔法生长宝石;盘状宝石炉是获得大直径宝石的一种方法。它的籽晶杆轴线的方向是与火焰轴线垂直的。在生长过程中，籽晶杆带动晶体不断的自转，熔融的粉料在圆盘状的晶体圆周边沿上不断;优点： (1) 不需要坩埚。节约了做坩埚的耐高温材料，又避免了坩埚污染的问题。 (2)能生长熔点较高的单晶体，氢氧焰燃烧时，温度可以达到2800度，故可以制备熔点在1500度-2500度、不怕挥发和氧化的材料。 (3)生长速率较快，短时间内可以得到较大的晶体。例如每小时可以生长出10克左右的宝石，故适用于工业生产。 (4) 可以生长出较大尺寸的晶体。例如生长杆状的宝石，其尺寸为直径15-20毫米，长度500-1000毫米．也可以生长盘状、管状、片状的宝石。 （5）生长设备比较简单。;缺点： (1) 火焰中的温度梯度较大。纵向温度梯度和横向温度梯度均较大，故生长出来的晶体质量欠佳。 (2) 因为热源是燃烧的气体，故温度不可能被控制得很稳定。 (3) 生长出的晶体位错密度较高，内应力也较大(例如焰熔法生长的宝石，其位