晶体生长 晶体材料专栏.docx

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1、http://amuseum.cdstm.cn/AMuseum/crystal/index.htmlhttp://amuseum.cdstm.cn/AMuseum/crystal/4.html晶体生长 我国晶体生长有着悠久的历史，早在春秋战国甚至更早的时期，就有煮海为盐、炼制丹药等晶体生长的时间活动，而同时，世界上随着炼金术的兴起与发展，人工晶体生长，特别是人工晶体气相生长在全世界都有发现。虽然早期的萌芽状态的人工晶体生长出现很早，但是，现代人工晶体生长的起步却较晚。1890年，法国科学家Verneuil发明了焰熔法（flame

2、-fusiongrowthmethod,Verneuilmethod），用于生长熔点高的红宝石和蓝宝石晶体，1902年，开始工业生产红宝石和蓝宝石晶体。进入二十世纪后，人工晶体生长才有飞跃式的发展，不仅体现在人工晶体生长理论、人工晶体生长技术上，而且，发现了一大批极有价值的新晶体，为科学进步和人类生活水平提高做出了巨大贡献。人工晶体生长的水平主要表现在技艺和科学两个方面，其中，晶体生长技术在晶体的研究中占有极重要的地位。晶体是在物相转变的情况下形成的，物相有气相、液相和固相三种，只有晶体才是真正的固体。人工晶体的各种生长技术主要

3、是从对这些物相转变的过程的研究发展而来。由于晶体可以从气相、液相和固相中生长，而不同的晶体材料又有不同的生长条件，加上应用对晶体的要求有时十分苛刻，这样就造成了晶体生长方法的多样性以及生长设备和技术的复杂性：从高真空到超高压，从低温到等离子体高温，从精密检测生长参数到微机自动监控生长过程，从高纯原料到超净环境......，晶体生长技术几乎动用了现代实验技术中一切重要手段，并长出了大量支撑现代科学技术发展的高品质晶体。晶体生长过程简介所谓生长，对于生物体而言，就是一个从小到大，从幼稚到成熟的过程。生物体生长需要养料，需要空气、阳光

4、等环境。同样，对于“晶体的生长”，也是一个晶体从小到大的不断变化的过程，也需要养料（原料）和合适的环境，如生长炉、合适的温度等。不同的生物体的生存环境、生长发育各不相同，同样，对于晶体而言，不同的晶体有不同的生长过程，需要不同的生长条件，有相应的不同的晶体生长技术和方法，其晶体生长的过程和要求也有所不同。下面，我们将以提拉法晶体生长为例，介绍晶体生长的过程。提拉法是一种从熔融原料中生长晶体的方法，在受控条件下，使籽晶和熔体的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。提拉法生长晶体的过程大致分为多晶料烧结

5、（含称料、混料、烧料、二次烧结等）、提拉晶体（含化料、下籽晶、放肩、生长等）以及晶体出炉几个步骤。对于上述晶体生长的概念和过程，您可以在后面的页面后找到详细的描述。原料称量原料混和烧多晶料下籽晶杆炉内提拉晶体出炉  提拉法简介  多晶料合成  籽晶  晶体生长  晶体出炉  晶体图片 提拉法简介提拉法，是1917年由丘克拉斯基(Czochralski)发明的一种合成晶体的方法，所以也称“丘克拉斯基法”，是一种从熔融状态的原料生长晶体的方法。提拉法的原理是利用温场控制来使得熔融的原料生长成晶体。用于晶体生长的的原料放在坩埚中加热成

6、为熔体，控制生长炉内的温度分布（温场），使得熔体和籽晶/晶体的温度有一定的温度梯度，这时，籽晶杆上的籽晶与熔体接触后表面发生熔融，提拉并转动籽晶杆，处于过冷状态的熔体就会结晶于籽晶上，并随着提拉和旋转过程，籽晶和熔体的交界面上不断进行原子或分子的重新排列，逐渐凝固而生长出单晶体。下面的图形是提拉法晶体生长的简单原理示意图，也许可以帮助您了解提拉法晶体生长的机理与过程。提拉法晶体生长的简单原理示意图提拉法原理演示提拉法的设备和装置主要有：坩埚、高频加热线圈、提拉杆等。将预先合成好的多晶原料装在一个坩埚中，并被加热到原料的熔点以上，

7、原料熔化为熔体。在坩埚上方有一个可以旋转和升降的提拉杆，杆的下端带有一个夹头，其上装有籽晶，降低提拉杆，将籽晶插入熔体中，只要温度合适，籽晶既不熔掉也不长大，然后缓慢地向上提拉和转动晶杆。同时，缓慢地降低加热功率，籽晶就逐渐长粗，小心地调节加热功率，就能得到所需直径的晶体。下面的动画简单介绍了提拉法的原理和过程。提拉法原理演示提拉炉的结构示意图提拉炉是用来进行晶体提拉生长的装置，实际使用中的提拉炉结构远比上面的演示复杂，不仅有熔体的容器－－坩埚，加热设备、提拉杆，还有保温材料、冷却装置、控制设施。某些提拉炉还有自动加料系统。下图

8、是提拉炉的结构示意图。提拉炉的结构示意图提拉炉实物右图及下图所示是提拉炉实物图片。晶体提拉法的装置一般由五部分组成：.加热系统：主要有电阻加热和感应加热两种。电阻加热使用电阻丝、硅碳棒等，成本低，可制成复杂形状的加热器；适于低温生长，而感应加热控温精确，成本和运