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3分钟了解晶体生长技术 晶体生长

技术晶体生长

晶体生长(3分钟学习晶体生长技术)
晶体生长技术是利用物质(液体、固体、气体)的物理化学性质来控制相变过程，获得具有一定结构、尺寸、形状和性质的晶体的技术 。

(a)天然刚玉可以通过熔化和人工晶体生长获得 。(b)人工晶体生长获得的红宝石 。可见人工晶体生长的神奇，堪称“点石成玉”技术 。
从事晶体生长的人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 。明代《天工吴凯》一书中记载“人生而卤，人生而盐” 。这里的“生命”现在被称为人工晶体生长 。我国古代炼丹术中记载“朱砂烧成水银，再化成朱砂”，后一句是由S和Hg合成HgS晶体的过程 。然而，在漫长的历史中，晶体生长一直是一项由经验传授的技能 。

直到20世纪初，现代科学技术的原理不断被应用于控制晶体生长过程，晶体生长开始从技术进化到科学 。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理论研究和技术的发展 。
晶体生长方法
近年来，随着化合物半导体、光电子材料、非线性光学材料、超导材料、铁电材料和金属单晶材料等电子材料的发展，提出了一系列理论问题，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越来越重要，是现代科学技术的一个重要分支 。
目前，晶体生长已经逐渐形成了一系列科学理论，用于控制晶体生长过程 。但是，这个理论体系并不完善，还有很多内容要靠经验 。因此，人们通常认为人工晶体的生长是技术和科学的结合 。
完整晶体的制备需要以下条件:
(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成核和生长；
(2)结晶过程应尽可能缓慢，防止自发成核，因为一旦自发晶核出现，就会产生许多细小颗粒，阻碍晶体生长；
(3)使冷却速率与晶体的成核和生长速率相匹配，使晶体生长均匀，晶体中没有浓度梯度，成分不偏离化学完整性 。
根据母相的类型，晶体生长方法可分为四类，即熔体生长、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，然后在一定条件下通过不同的技术手段制备出符合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特定形状单晶最常见、最重要的方法，具有生长速度快、晶体纯度高、完整性好等优点 。
包括提拉法、坩埚下降法、区熔法、基座法、冷坩埚法和火焰熔炼法等 。


2解决方案增长
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、水热法和助溶剂法 。水溶液法一般在常压和较低温度(100℃以下)下进行 。
解决方法有以下优点:
(1)降低粘度 。有些晶体熔化时粘度很高，但冷却后不能形成晶体，变成玻璃体 。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、形状相对完整的块状晶体 。
(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(通常需要几天甚至一年以上) 。此外，溶液法生长晶体需要很高的温度控制精度 。

3气相生长
气相生长是指待生长的晶体材料通过升华、蒸发、溅射或分解转化为气相，然后在合适的条件下沉积，实现从源材料到固体薄膜的可控原子转移 。薄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薄膜结构的两个最重要的因素 。为了获得理想的单晶薄膜，通常需要适当提高沉积温度并降低沉积速率 。低温沉积和高速沉积往往导致多晶沉积结构的形成 。
气相晶体生长具有以下特征:
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；
【3分钟了解晶体生长技术 晶体生长】4)存在一系列不可控因素，如温度梯度、过饱和比、载气流速等 。
4固相生长
从固相生长晶体的主要优点是:
1)它可以在较低的温度下生长而不添加组分，即在低于熔点的温度下生长；

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