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。
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。
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。
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。
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。