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晶体的生长方式 制作人：王贝 学 号：20121801003 晶体的基本知识 晶体的定义 晶体（crystal）由结晶物质构成的、其内部的构造质点(如原子、分子)呈平移周期性规律排列的固体。 晶体即是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。 如:冰，白砂糖晶体，食盐等 白砂糖晶体 晶体的基本知识 晶体的特性 整齐规则的几何外形。 固定的熔点，在熔化过程中，晶体温度始终保持不变。 　　 各向异性，具有长程有序，并成周期性重复排列。 晶体可以使X光发生有规律的衍射。 宏观上能否产生X光衍射现象，是实验上判定某物质是不是晶体的主要方法。 晶体的生长方式 熔体生长法 如提拉法，水平区熔法，坩埚下降法等 溶液生长法 如凝胶法，降温法等 气相生长法 如气相外延法，化学气相沉积法等 固相生长法 如再结晶法 薄膜生长法 如液相外延法，离子注入等 熔体生长法（如提拉法） 基本原理：将构成晶体的原料放在坩埚中加热熔化，在熔体表面接籽晶提拉熔体，在受控条件下，使籽晶和熔体在交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体。左图是提拉法示意图。 要求：1.将待生长的晶体的原料放在耐高温的坩埚中加热熔化，调整炉内温度场，使熔体上部处于过冷状态。2.然后在籽晶杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并转动籽晶杆，使熔体处于过冷状态而结晶于籽晶上，在不断提拉和旋转过程中，生长出圆柱状晶体。 提拉法示意图 优点： 　　 （1）在晶体生长过程中可以直接进行测试与观察，有利于控制生长条件 　　 （2）使用优质定向籽晶和“缩颈”技术，可减少晶体缺陷，获得所需取向的晶体 　　 （3）晶体生长速度较快 （4）晶体位错密度低，光学均一性高。 　　 缺点： 　　 （1）坩埚材料对晶体可能产生污染 　　 （2）熔体的液流作用、传动装置的振动和温度的波动都会对晶体的质量产生影响 提拉法的优缺点 溶液生长法（如降温法） 降温法是从溶液中生长晶体最常用的方法之一，适用于溶解度及溶解度的温度系数都较大的物质 基本原理： 利用物质较大的正溶解度温度系数，在晶体生长过程中不断降温，使析出的溶质不断长到籽晶上，常用温度区间从室温到50~60℃。用降温法生长晶体的主要关键是在整个生长过程中，掌握合适的降温速度，是溶液始终处于亚稳过饱和，并维持合适的过饱和度，使晶体正常生长。 要求晶体对溶液做不停地相对运动，课在籽晶架上接一个可逆电机，由此带动籽晶架以一定速度转动，并定时换向，育晶器放在水槽10里，水槽中有加热器4，并带有温度控制器6，使水槽中的溶液保持所需的温度，将育晶器放在水槽内，是由于水槽的热容量很大，可尽量减少温度波动对晶体生长的影响，整个系统除了控温装置外，还配有报警装置和记录显示系统。 生长溶液放入育晶器8中，一般用玻璃制成，顶部加盖密封，目的是为防止溶剂蒸发或外界污染，籽晶2固定在用不锈钢制成的籽晶架1上，同时，为了保证溶液中的温度均匀并使生长中的各个晶面在过饱和溶液中，都能得到均匀的溶质供应， 气相生长法 气相生长的原理是将拟生长的晶体材料通过升华，蒸发，分解等过程转化为气态，然后在适合的条件下使它成为过饱和蒸汽，经过冷凝结晶而长出晶体。用这种方法生长的晶体，纯度高，完整性好，由于晶体生长的流体相（气相）分子密度很低，气相与固相的比容相差很大，使得从气相中生长晶体的速率要比从熔体或液体中都要低许多，所以这种方法目前主要是用来生长晶须以及厚度大约在几个微米到几百微米的薄膜晶体，即通常所说的气相外延技术。 固相生长法 用固-固法生长晶体，有时也称为再结晶生长方法，它主要是依靠在固体材料中的扩散，是多晶体转变为单晶体。由于固体中的扩散速率非常小，因此难于得到大块晶体 薄膜生长法（如液相外延法） 液相外延(liquid phase epitaxial 简称LPE法)是将拟生长的单晶组成物质直接熔化或熔化在适当溶剂中保持液体状态，将用作衬底的单晶薄片浸渍在其中，缓慢降温使熔化状态的溶质达到过饱和状态，在衬底上析出单晶薄膜。