材料合成与制备.doc

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1、第一章1单晶体主要特性及应用领域：单晶生长方法的分类？单晶体经常表现出电、磁、光、热等方面的优异性能（各向异性）广泛现代工业的诸多领域，如单晶硅，加工业所需的金刚石，精密仪表和钟表工业需要的红宝石做轴承。生长方法：气相生长，溶液生长，熔体生长，固相生长。2什么是气液固（VLS)生长法？举例说明其实际应用。VLS法：从气相析出固相的过程中是通过溶液作为媒介的。生长金刚石晶须适用：难以从液相或熔体中生长的材料，II~VI族化合物和磷化硅。3溶液生长的方法分为哪几种？它们依据的基本原理是什么？何谓水热生长法？试阐述α-水晶生长的基

2、本过程、关键设备，优缺点及应用溶液生长的方法：①降温法②蒸发法③凝胶法④水热生长法降温法基本原理：利用物质较大的正溶解度温度系数逐渐降低温度，析出的晶体不断在晶体上生长蒸发法基本原理：将溶剂不断蒸发减少，从而使溶液保持过饱和状态，晶体便不断生长。凝胶法原理：以凝胶作为扩散和支持介质，使一些在溶液中进行的化学反应通过凝胶扩散缓慢进行，使溶解度较小的反应物在凝胶中逐渐形成晶体的方法。水热生长法：是一种在高温高压条件下的过饱和水溶液中进行结晶的方法。α-水晶（α-SiO2）生长的基本过程：SiO2（液）1713℃四方1478℃正交

3、870℃六方573℃立方（α-SiO2）关键设备：特制的高压釜优点：生长低温固相单晶：高粘度材料，高蒸汽压材料，晶体形状完美，热应力小，宏观缺陷少等。缺点：需要特定的高压釜和保护措施，需适当大小优质籽晶。生长过程不能观察，生长速率慢时间长4熔体的生长法有哪些？它们依据的原理，适用范围，优缺点及应用？熔体生长发：（1）正常凝固法：①晶体提拉法②坩埚移动法③泡生法④弧熔法（2）逐区熔化法：①水平区熔法②垂直曲熔法③基座法④焰熔法凝固法基本原理：将晶体物质加热到熔点以上熔化，然后再一点温度梯下进行冷却，用各种方式缓慢移动固液界面，

4、使熔体逐渐凝固成晶体。凝固法适用范围：现代电子和光电子技术应用中所需的单晶材料，如：硅（Si），砷化镓（GaAs）晶体提拉法的生长过程：原料在坩埚中加热融化：坩埚上有一根可旋转和升降并通水冷却的提拉杆，杆的下端有一个夹头，其上装有一个籽晶，降低提拉杆，使籽晶插入熔体中，只要熔体温度适中，籽晶既不融化也不长大，缓慢向上提拉和转动籽晶杆，同时缓慢降低加热功率，籽晶逐渐长粗，小心调整加热功率就能得到所需直径的晶体。晶体提拉法优点：生长速率快，晶体纯度高，晶体完整性好等。晶体提拉法缺点：一般要用坩埚做熔器，导致熔体不同程度上的污染。

5、当熔体中含有易挥发物时，则存在控制组分的困难，适用范围有一定的限制。晶体提拉法适用：没有破坏性相变，又有较低的蒸汽压或离解压的同成分熔化的化合物或纯元素是熔体生长的理想材料，可获得高质量的单晶体。坩埚移动法优点：1.可把原料密封在坩埚里，减少会发造成的泄露和污染，使晶体成分易控制2.操作简单，可生长大尺寸的晶体，易实现程序化生长3.可同时多块生长，工作效率高坩埚移动法缺点：1.不适合生长冷却时体积增大的材料。2.晶体生长过程中直接与坩埚接触，在晶体中引入较大的内应力和较多杂质3.若该法中采用籽晶法，既要保证籽晶在高温区不完全

6、熔融，又部分熔融以进行完全生长，不好控制4.生长过程难于观察，生长周期也较长坩埚移动法适用：生长碱金属和碱土金属的卤族化合物，如CaF2。坩埚移动发主要设备：特定结构的坩埚热；梯度单晶炉逐区熔化法基本原理：熔区被限制在一段狭窄范围内，熔区向多晶原料方向移动，生长是靠晶体生长和多晶材料的消耗来实现的。水平区熔法的优点：减少坩埚对熔体的污染，降低了加热功率，且可反复进行，提高了晶体纯度或使掺杂均匀。垂直区熔法的优点：不需要坩埚，可减少坩埚造成的污染。应用;常用于生产半导体材料：如集成电路用的高纯而完整的硅单晶。第二章：1.非晶态

7、材料的分类与特性：分类：1、非晶态合金2、非晶态半导体3、非晶态超导体4、非晶态高分子材料。特征：1、高强度、高韧性2、抗腐蚀性3、软磁性4、超导电性。2何为非晶态？微观结构特征是什么？答：非晶态定义：传统定义指不同方法获得的以结构无序为主要特征的固体物质状态。一般认为：组成物质的原子分子的空间排列不是周期性平移对称性，晶态的长程有序受到破坏，只有由于原子间的相互关联作用，使其在几个原子间的小区间内任然保持形貌和组分的某些有序特征而具有短程有序，这类特殊物质状态统称为非晶态。微观结构特征：1、只有小区间内的短程有序2、衍射试

8、样上没有表征结晶态的任何斑点和条纹，电镜看不到晶粒、晶界、晶格缺陷等形成的衍射反差。3试述非晶固体的形成条件？答：1、晶核形成的热力学势垒△G*要大，液体中不存在成核杂质。2、结晶的动力学势垒要大，物质在Tm或液相温度处的粘度要大。3、在粘度与温度关系相似的条件下，Tm会液相温度要低。4、