单晶是指结构基元.doc

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1、单晶是指结构基元(原子，原子团，离子等)在三维空间长程有序排列而成的固态物质，或者说是由结构基元在三维空间内呈周期型排列而成的固态物质。单晶的有序排列结构决定了他们具有一定的性质：均匀性，更向异性，自限性，对称性，最小内能性，最大稳定性。单晶材料的制备必须排除对材料性能有害的杂质原子和晶体缺陷。单晶材料根据晶体生长法制作分为1.借由柴克劳司基法(Czochralski)又名晶体生长法将复晶晶体提炼成对称的、有规律的、成几何型的单晶晶格结构。2.浮区法(Floatingzone)可将低纯度硅晶体提炼成

2、对称的、有规律的、成几何型的单晶晶格结构。单晶生长方法：固相-固相平衡的晶体生长、液-固、气-固晶体生长驱动力——过冷度。冷却速度越高，过冷度越高，晶体生长速度越高。反之，——。晶体生长分为成核和长大两阶段，成核主要考虑热力学条件，长大主要考虑动力学条件。熔体法生长晶体，此法为最常用方法，是从结晶物质的熔体中生长晶体。晶体生长是发生在固-液（或晶-液）界面上。通常为保证晶体粒生长只需使固-液界面附近很小区域熔体处于过冷态，绝大部分熔体处于过热态（温度高于Te）。提拉法，原理：利用温场控制来使熔融的原

3、料生长成晶体。提拉法是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。坩埚下降法（定向凝固法）：基本原理使装有熔体的坩埚缓慢通过具有一定温度梯度的温场。区熔法：在进行区域熔炼过程中，物质的固相和液相在密度差的驱动下，物质会发生输运。因此，通过区域熔炼可以控制或重新分配存在于原料中的可溶性杂质或相。沿坩埚的温场有一个峰值，在这个峰值附近很小的范围内，温度高于材料的熔点。这样的温场由环形加热器来

4、实现。在多晶棒的一端放置籽晶，将籽晶附近原料熔化后，加热器向远离仔晶方向移动，熔体即在籽晶基础上结晶。加热器不断移动，将全部原料熔化、结晶，即完成晶体生长过程。二、溶液法，基本原理是使晶体原料作为溶质，溶于合适的溶剂中，用一定的方法使溶液过饱和，从而结晶。通过放置仔晶，可以对晶体的取向进行控制。溶液变温法生长单晶：饱和溶液和仔晶置于容器中，以一定的速率降低溶液温度，溶质在仔晶上析出，晶体得以长大。注意环节：溶液生长单晶的关键是消除溶液中的微晶，并精确控制温度水热法原理，主要有温差法、降温法(或升温法

5、)及等温法等，都是通过不同的物理化学条件使生长系统内的液相获得适当的过饱和状态而结晶。降温法是依靠体系缓慢降温来获得过饱和的，等温生长法基于欲生长的晶体与所用原料的溶解度不同而形成过饱和状态来生长晶体，温差水热结晶法，它依靠容器内的溶液维持温差对流而形成过饱和状态。完成温差水热结晶的必要条件如下：①在高温高压的某种矿化剂水溶液中，能促使晶体原料具有一定值(例如1.5％-5％)的溶解度，并形成稳定的所需的单一晶相；②有足够大溶解度温度系数，以使得在适当的温差下就能形成足够过饱和度而又不产生过分的自发成

6、核；③具备适于晶体生长所需的一定切型和规格的籽晶，并使原料的总表面积与籽晶总表面积之比值达到足够大；④溶液密度的温度系数要足够大，使得溶液在适当的温差条件下具有引起晶体生长的溶液对流和溶质传始作用；⑤备有耐高温高压、抗腐蚀的容器。湿化学合成方法：沉淀法，喷雾热解法，溶胶-凝胶法，水热法，微乳法，γ-射线法。化学共沉淀法，原理：化学共沉淀法一般是把化学原料以溶液状态混合，并向溶液中加入适当的沉淀剂（pH调整剂或难溶化合物生成剂），使溶液中已经混合均匀的各个组分按化学计量比共同沉淀出来，或者在溶液中先反

7、应沉淀出一种中间产物(precursor前驱物)，再把它煅烧(calcination)分解，制备出微细粉末产品。细节：沉淀溶液的浓度，合成温度，沉淀剂的加入方式和顺序，加料顺序，沉淀剂，沉淀老化。溶胶-凝胶法基本原理：所使用的起始原料（前驱物）一般为金属醇盐，其主要反应步骤都是前驱物溶于溶剂中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或醇解反应，反应生成物聚集成1nm左右的粒子并组成溶胶，溶胶经蒸发干燥转变为凝胶。细节：加水量的影响，醇盐的品种及浓度，起始溶液的醇盐浓度必须适当，PH值影响（催化剂的用量和类

8、型），温度，滴加速度，催化剂和螯合剂。陶瓷成型的方法：成型是将多晶粉末原料制成所需形状的工艺过程，大体上可分为：浇注、挤压可塑法－——在原料中加入一定的水和塑化剂，使之成为具有良好塑性的料团，通过手工或机械成型。注浆法－——把原料配制成浆料，注入模具中成型。压制法－——在粉料中加入一定的粘合剂，在模具中使粉料单面或双面受压成型，是陶瓷成型中最常用的方法。原位凝固成型：陶瓷浆体在型模内调制后静置凝结成型。常见的凝胶铸是将陶瓷粉体分散于含有有机单体的流体中形成泥浆，再将泥