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晶体生长学

晶体生长学(crystallogeny)是2019年发布的物理学名词。

晶体生长学基本信息

晶体生长学出处

《物理学名词》第三版。

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晶体生长学造价信息

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晶体生长学公布时间

2019年经全国科学技术名词审定委员会审定发布。

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晶体生长学常见问题

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晶体生长学文献

14.晶体生长的界面形态 14.晶体生长的界面形态

14.晶体生长的界面形态

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页数: 5页

四,晶体生长的界面形状 晶体的形态问题是一个十分复杂而未能彻底解决的问题 自然界中存在的各式各样美丽的雪晶就体现了形态的复杂性 影响晶体形态的因素: 晶体的形态不仅与其 生长机制有关,螺型位错在界面的露头处所形成的生长蜷线 令人信服地证明了这一点, 而且还与界面的微观结构 、界面前沿的温度分布及生 长动力学 等很多因素有关。 鉴于问题的复杂性 鉴于问题的复杂性,下面仅就界面的 微观结构和界面前沿温度分布 的几种典型情 况叙述力如下: 一 在正的温度梯度下生长时界面形态: 结晶潜热散失: 在这种条件下,结晶潜热只能通过已结晶的固相和型壁散失, 相界面推移速度: 相界面向液相中的推移速度受其散热速率的控制。 根据界面微观结构的不同晶体形态有两种类型: 规则的几何外形和平面长大方式 A 正温度梯度光滑界面的情况 正温度梯度下的光滑界面: 对于具有光滑界面的晶体来说, 其显微界面为某一品体学小平面

用于晶体生长的地基无容器悬浮技术 用于晶体生长的地基无容器悬浮技术

用于晶体生长的地基无容器悬浮技术

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页数: 6页

空间微重力环境下几乎无对流和沉降,可为晶体生长提供一个相对稳定和均一的理想环境,易于得到尺寸较大的高质量单晶。但是,空间结晶实验成功率低,费用昂贵,实验机会受限。因此,研发各种空间微重力环境地基模拟技术具有重要意义。目前可用于晶体生长的地基无容器悬浮技术主要有空气动力悬浮、静电悬浮、电磁悬浮、液体界面悬浮、超声悬浮和磁场悬浮技术等。这些地基模拟技术可实现晶体的无容器悬浮生长,避免器壁对晶体生长的不良影响,提高晶体质量,为解决X射线单晶衍射技术中的瓶颈问题提供新途径,还可为在地基进行结晶动力学和机理研究提供简单易行的方法。从技术原理、优势、缺陷及在结晶(特别是蛋白质结晶)中的应用4个方面对这些技术逐一进行了介绍和评述。重点介绍了液体界面悬浮、超声悬浮和磁场悬浮技术这3种用于蛋白质晶体生长的较为成熟的地基无容器悬浮技术。

晶体生长技术气相生长法

一般可用升华、化学气相输运等过程来生长晶体。

晶体生长技术升华法

这是指固体在升高温度后直接变成气相,而气相到达低温区又直接凝成晶体,整个过程不经过液态的晶体生长方式。有些元素砷、磷及化合物ZnS、CdS等,可以应用升华法而得到单晶。

晶体生长技术化学气相输运

这种生长晶体的技术是指固体材料通过输运剂的化学反应生成了有挥发性的化合物:

固体 输运剂匑挥发性的化合物

如把所产生的化合物作为材料源,通过挥发和淀积的可逆过程,并加以控制,晶体就可以在一定区域或基片上生长出来。这种技术叫化学气相输运。典型的镍的提纯过程就是化学输运过程。

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晶体生长技术外延

又名取向附生,它是指在一块单晶片上再生长一层单晶薄层,这个薄层在结构上要与原来的晶体(称为基片)相匹配。外延可分为同质外延和异质外延。像半导体材料的硅片再外延一层硅是属同质外延;如果在白宝石基片上外延硅,那就是异质外延了。

外延生长的方法,主要有气相外延和液相外延,也还有分子束外延等。外延生长在半导体材料研制方面应用很广,磁泡材料的发展也应用了外延方法。

气相外延  材料在气相状况下沉积在单晶基片上,这种生长单晶薄膜的方法叫气相外延法,气相外延有开管和闭管两种方式,半导体制备中的硅外延和砷化镓外延,多半采用开管外延方式。

液相外延  将用于外延的材料溶解在溶液中,使达到饱和,然后将单晶基片浸泡在这溶液中,再使溶液达到过饱和,这就导致材料不断地在基片上析出结晶。控制结晶层的厚度得到新的单晶薄膜。这样的工艺过程称为液相外延。这方法的优点是操作简单,生长温度较低,速率也较快,但在生长过程中很难控制杂质浓度的梯度等。半导体材料砷化镓的外延层,磁泡材料石榴石薄膜生长,多半用这种方法。

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晶体生长技术熔体生长法

这类方法是最常用的,主要有直拉法(又称丘克拉斯基法)、坩埚下降法、区熔法、焰熔法(又称维尔纳叶法)等。

晶体生长技术直拉法

此法是由熔体生长单晶的一项最主要的方法,适用于大尺寸完美晶体的批量生产。被加热的坩埚中盛着熔融的料,籽晶杆带着籽晶由上而下插入熔体,由于固液界面附近的熔体维持一定的过冷度、熔体沿籽晶结晶,并随籽晶的逐渐上升而生长成棒状单晶。坩埚可以由高频感应或电阻加热。半导体锗、硅、氧化物单晶如钇铝石榴石、钆镓石榴石、铌酸锂等均用此方法生长而得。应用此方法时控制晶体品质的主要因素是固液界面的温度梯度、生长速率、晶转速率以及熔体的流体效应等。

晶体生长技术坩埚下降法

将盛满材料的坩埚置放在竖直的炉内炉分上下两部分,中间以挡板隔开,上部温度较高,能使坩埚内的材料维持熔融状态,下部则温度较低,当坩埚在炉内由上缓缓下降到炉内下部位置时,材料熔体就开始结晶。坩埚的底部形状多半是尖锥形,或带有细颈,便于优选籽晶,也有半球形状的以便于籽晶生长。晶体的形状与坩埚的形状是一致的,大的碱卤化合物及氟化物等光学晶体是用这种方法生长的。

晶体生长技术区熔法

将一个多晶材料棒,通过一个狭窄的高温区,使材料形成一个狭窄的熔区,移动材料棒或加热体,使熔区移动而结晶,最后材料棒就形成了单晶棒。这方法可以使单晶材料在结晶过程中纯度提得很高,并且也能使掺质掺得很均匀。区熔技术有水平法和依靠表面张力的浮区熔炼两种。

晶体生长技术焰熔法

这个方法的原理是利用氢和氧燃烧的火焰产生高温,使材料粉末通过火焰撒下熔融,并落在一个结晶杆或籽晶的头部。由于火焰在炉内形成一定的温度梯度,粉料熔体落在一个结晶杆上就能结晶。焰熔法的生长原理:小锤敲击料筒震动粉料,经筛网及料斗而落下,氧氢各自经入口在喷口处,混合燃烧,结晶杆上端插有籽晶,通过结晶杆下降,使落下的粉料熔体能保持同一高温水平而结晶。

这个方法用来生长刚玉及红宝石最为成熟,在全世界范围每年生产很多吨。这个方法的优点是不用坩埚,因此材料不受容器污染,并且可以生长熔点高达2 500℃的晶体;其缺点是生长的晶体内应力很大。

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