第2章材料合成与制备的基本途径ppt课件.ppt

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1、材料合成与制备周盈科2020/9/10/*第2章材料合成与制备的基本途径Thebasicprocessforsynthesisandpreparationofmaterials2021/9/16材料合成与制备的基本途径：基于液相—固相转变的材料制备基于固相—固相转变的材料制备基于气相—固相转变的材料制备2021/9/162.1基于液相—固相转变的材料制备基于液相—固相转变的材料制备一般可分为两类：(1)从熔体出发熔体降温非晶态材料晶态材料急冷缓慢2021/9/16(2)从溶液出发溶液新材料晶态材料反应析晶2021/9/162.1.

2、1从熔体制备单晶材料单晶材料Singlecrystal:atomsareinarepeatingorperiodicarrayovertheentireextentofthematerialPolycrystallinematerial:comprisedofmanysmallcrystalsorgrains.Thegrainshavedifferentcrystallographicorientation.Thereexistatomicmismatchwithintheregionswheregrainsmeet.Theser

3、egionsarecalledgrainboundaries.2021/9/16单晶材料BasicCharacteristicofCrystals各向异性均一性同质性HomogeneityUndermacroscopicobservation,thephysicseffectandchemicalcompositionofacrystalarethesame.AnisotropyPhysicalpropertiesofacrystaldifferaccordingtothedirectionofmeasurement.20

4、21/9/16NonlinearOpticalCrystal(LiB3O5)ScintillatingCrystal(HgI).ScintillatingCrystal(Bi4Ge3O12)LaserCrystals(YAl5O12)Electro-OpticCrystals(Bi12SiO20)OpticalCrystals(CaF2)NonlinearOpticalCrystals(KNbO3)NonlinearOpticalCrystals(KNbO3)NonlinearOpticalCrystals(KTiOPO4)202

5、1/9/16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。从熔体中结晶当温度低于熔点时，晶体开始析出低杂质含量、结晶完美的单晶材料多由熔体生长得到2021/9/16直拉法(Czochralski法)特点是所生长的晶体的质量高，速度快。熔体置于坩埚中，一块小单晶，称为籽晶，与拉杆相连，并被置于熔体的液面处。加热器使单晶炉内的温场保证坩埚以及熔体的温度保持在材料的熔点以上，籽晶的温度在熔点以下，而液体和籽晶的固液界面处的温度恰好是材料的熔点。随着拉杆的缓缓拉伸(典型速率约为每分钟几毫米)，熔体不断在固液界面处结晶，并保持了

6、籽晶的结晶学取向。为了保持熔体的均匀和固液界面处温度的稳定，籽晶和坩埚通常沿相反的方向旋转(转速约为每分钟数十转).高压惰性气体(如Ar)常被通入单晶炉中防止污染并抑制易挥发元素的逃逸.2021/9/16Onestepintheproductionofsemiconductordevicesinvolvesthegrowthofalarge(10ormoreinchesindiameter!)singlecrystalofsiliconbytheCzochralskiprocess.Inthisprocess,asolidseed

7、crystalisrotatedandslowlyextractedfromapoolofmoltenSi.2021/9/16ThistechniqueoriginatesfrompioneeringworkbyCzochralskiin1917whopulledsinglecrystalsofmetals.Sincecrystalpullingwasfirstdevelopedasatechniqueforgrowingsinglecrystals,ithasbeenusedtogrowgermaniumandsiliconan

8、dextendedtogrowawiderangeofcompoundsemiconductors,oxides,metals,andhalides.Itisthedominanttechniqueforthecommercialproductio