chap2单晶制备.ppt

单晶材料 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. 电子信息行业的应用 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、遥控器等电子工业元器件的制造 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 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 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 激光是20世纪60年代最重大科学成就之一. 除红宝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. 红 外 热 成 象 高 能 粒 子 探 测 器 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. 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——超导材料 20世纪80年代发现的以YBa2Cu3O7-x为代表的氧化物超导体和球烯, 都震动了科学界. 1991年以来又发现球烯与K、Rb 、Cs等形成的离子化合物具有超导性，使人们对分子超导体的前景充满希望。 铝化镍中Ni与Al的穿插使这种合金在高温仍有很高强度, 抗腐蚀能力强. 对能源系统具有重要意义. 在Ni、Co、Al等基体中生长出的碳化钽针状晶体，像混凝土中的钢筋一样，使材料强度大大增加. 单晶合成的意义 单晶的应用如此广泛，然而很不幸，自然界中单晶很少，也很珍贵（如钻石－ －由碳构成的金刚石单晶；红宝石－ －掺有微量Cr2O3的Al2O3单晶）； 科学研究中，虽然很多材料的应用形态为粉末、陶瓷及样品状，但做为基础研究，常常需要制成单晶样品，这样可以避免晶粒表面、晶界的干扰，更好地理解材料性能的微观机理。 ——所以，很有必要合成单晶。 直拉法:查克洛斯基(CZ)法 悬浮区熔法(FZ Method) 兩種方法的比較 查克洛斯基(CZ)法是較常用的方法 價格便宜 較大的晶圓尺寸 (直徑300 mm ) 悬浮区熔法(FZ Method) 純度較高(不用坩堝) 價格較高, 晶圓尺寸較小 (150 mm) * * 单晶硅：大规模集成电路中的基础材料 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  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用。 激 光 材 料 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