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    單晶材料的制備都有什么工藝

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    單晶材料的制備都有什么工藝

    發布日期:2018-03-13 00:00 來源:http://www.northstl.com 點擊:

      單晶材料的制備有三種方法,而不同的制備方法下晶體額生長方法也不一樣,目前已經發展出多種生長晶體的方法,具體工藝流程如下:



    常溫溶液法晶體生長方法簡介


      流動法:可以用于生長體積尺寸巨大的晶體,比如用于大功率激光設備的KDP晶體。流動法生長晶體的裝置一般由三部分組成;生長槽(育晶器),溶解槽和熱平衡槽。這種方法的優點是生長溫度和過飽和度都固定,使晶體始終在有利的溫度和合適的過飽和度下生長,避免了因生長溫度和過飽和度變化而產生的雜質分凝不均勻和生長帶等缺陷,使晶體完整性更好。流動法的另一個優點是生長大批量的晶體和培養大單晶不受溶解度和溶液體積的影響,只受生長容器大小的限制。流動法的缺點是設備比較復雜,調節三槽之間適當的溫度梯度和溶液流速之間的關系需要有一定的經驗。



      蒸發法:晶體生長的基本原理是將溶劑不斷蒸發移去,而使溶液保持在過飽和狀態,從而使晶體不斷生長。此法適合于溶解度較大而其溫度系數很小或是具有負溫度系數的物質。蒸發法和流動法一樣,晶體生長也是在恒溫下進行的。不同的是流動法用補充溶質,而蒸發法用移去溶劑來造成過飽和度。


      電解溶劑法是從溶液中晶體生長的一種獨特的方法,其原理基于用電解法分解溶劑,以除去溶劑,使溶液處于過飽和狀態。此法只能應用于溶劑可以被電解而其產物很容易自溶液中移去(如氣體)的體系。同時還要求所培養的晶體在溶液中能導電而又不被電解。因此,這種方法特別適用于一些穩定的離子晶體的水溶液體系。


      降溫法是從溶液中培養晶體的一種常用的方法。這種方法適用于溶解度和溫度系數都較大的物質,并需要一定的溫度區間。溫度區間有限制為:溫度上限由于蒸發量大不易過高,當溫度下限太低時,對晶體生長也不利。一般來說,比較合適的起始溫度是50-60℃,降溫區間以15-20℃為宜。


      降溫法的基本原理是利用物質較大的正溶解度溫度系數,在晶體生長過程中逐漸降低溫度,使析出的溶質不斷在晶體上生長。用這種方法生長的物質的溶解度溫度系數好不低于1.5g/1000g溶液℃。


      降溫法控制晶體生長的主要關鍵是掌握合適的降溫速度,使溶液始終處在亞穩區內,并維持適宜的過飽和度。一般來說,在生長初期降溫速度要慢,到了生長后期可稍快些。


    熔體法晶體生長方法簡介


      熔體法生長晶體有多種不同的方法和手段,如:提拉法、坩堝下降法、泡生法、水平區熔法、焰熔法、浮區法等。生長的單晶不僅可以做器件用,而且可以做基礎理論研究。


      1.提拉法:提拉法適于半導體單晶Si、Ge及大多數激光晶體。也是應用廣泛的方法。它主要是在一定溫度場、提拉速度和旋轉速度下,熔體通過籽晶生長,形成一定尺寸的單晶。但其不適用與固態下有相變的晶體。


      2.坩堝下降法:是將一個垂直放置的坩堝逐漸下降,使其通過一個溫度梯度區(溫度上高下底),熔體自下而上凝固。過坩堝和熔體之間的相對移動,形成一定的溫度場,使晶體生長。溫度梯度形成的結晶前沿過冷是維持晶體生長的驅動力。


      除以上生長方法外,還存在泡生法,水平區熔法以及浮區法。泡生法原理與提拉法類似。區別在于泡生法是利用溫度控制生長晶體,生長時只拉出晶體頭部,晶體部分依靠溫度變化來生長。而水平區熔法與坩堝移動法類似,優勢在于其減小了坩堝對熔體的污染,并降低了加熱功率,可以生長純度高晶體或者多次結晶以提純晶體。而浮區法相當于垂直的區熔法。在生長裝置中,在生長的晶體和多晶棒之間有一段熔區,該熔區有表面張力所支持。熔區自上而下或自下而上移動,以完成結晶過程。浮區法的主要優點是不需要坩堝,也由于加熱不受坩堝熔點限制,可以生長熔點極高材料。



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