晶体生长原理VIP免费

􀀹1晶体生长概述􀀹2从固相中生长晶体􀀹3从溶液中生长晶体􀀹4从熔融液中生长晶体􀀹5从气相中生长晶体晶体生长重点：溶液法、水热和溶剂热法生长晶体。难点：水热和溶剂热合成晶体的机理研究。Worldcrystalproduction(1999)Importantcrystals•晶体特别是单晶广泛应用于各个高新科技领域：•激光工作物质：YAG(Y3Al5O12)•非线性光学晶体：KDP(KH2PO4)、BBO(β-BaB2O4)、•LBO(LiB3O5)、CBO(CsB3O5)、LCB(La2CaB10O19)•闪烁晶体：BGO(Bi4Ge3O12)、PbWO3•磁性材料：R3Fe5O12、(Te,Dy)Fe2•半导体材料：Si、Ge、GaAs、GaN•超硬材料：金刚石、立方氮化硼，VarioussyntheticcrystalsConditionstogrowhighqualitycrystals•(1)反应体系的温度要控制得均匀一致，以防止局部过冷或过热，影响晶体的成核和生长；•(2)结晶过程要尽可能地慢，以防止自发成核的出现，因为一旦出现自发的晶核，就会生成许多细小品体，阻碍晶体长大；•(3)使降温速度与晶体成核、生长速度相配匹，使晶体生长得均匀、晶体中没有浓度梯度、组成不偏离化学整比性。Advantagesofgrowingcrystalsfromsolidphase从固相中生长晶体的主要优点在于：•1)可以在不添加组分的情况下较低温进行生长，即在熔点以下的温度下生长；•2)生长晶体的形状是事先固定的，所以丝、箔等形状的晶体容易生长出来；•3)取向常常容易得到控制；•4)除脱溶以外的固相生长中，杂质和其他添加组分的分布在生长前被固定下来，并且不被生长过程所改变(除稍微被相当慢的扩散所改变外)。Crystalsfromsolidphase(recrystallization)•从固相中生长晶体的方法主要有五种：•(1)利用退火消除应变的再结晶；•(2)利用烧结的再结晶；•(3)利用多形性转变的再结晶；•(4)利用退玻璃化的结晶作用；•(5)利用固态沉淀的再结晶(有时称作脱溶生长，此法尚未用于单晶生长)。1.利用退火消除应变的再结晶•大部分利用应变—退火生长的晶体是金属单晶。•例如：由于铝的熔点低(660℃)，对金属铝的再结晶和晶粒长大有许多研究。在施加临界应变和退火生长过程前，铝的晶粒尺寸大约为0.1mm。对99.99%的铝采用交替施加应变和退火的方法，获得了直径为5mm的晶粒。也有研究利用诱导晶界迁移制取了宽为2.5cm的高纯度单晶铝带。•用应变—退火的方法生长晶体的除铝以外，对铜、金、铁、钼、铌、钽、钍、钛、钨、铀及铜合金、铁合金等均有报导。2．利用烧结生长•烧结这个词通常仅用于非金属中晶粒的长大。如果在加热多晶金属时观察到晶粒长大，该过程一般被称作应变—退火的一种特殊情况。•在1450℃以上烧结多晶钇铁石榴石Y3Fe5O12可以得到5mm大的石榴石晶体。利用烧结法对铜锰铁氧体、BeO、Al2O3等均观察到晶粒长大。发现气孔、添加物、原始晶粒的尺寸等也均影响烧结生长晶体。•如果在热压中升高温度，烧结所引起的晶体长大将更为显著。热压生长MgO、Al2O3、ZnWO4等得到很大的成功,可以采用这一技术生长出达7cm3的Al2O3晶体。3．借助多形性转变生长•先生长出高温多形体，然后小心地使炉温降至室温，并形成室温多形体单晶。有时需要借助淬火高温相“冻结”起来。•对于大多数高压多形性转变，相变进行得很快，往以一种不可控制的方式进行。因此，利用高压多性转变较难生长出具有合适尺寸的单晶。利用高压形性转变生长晶体的典型例子是金刚石的合成。Crystalsfromsolutions•溶液法具有以下优点：•(1)晶体可以在远低于其熔点的温度下生长。而且，低温下生长的热源和生长容器也较易选择。•(2)降低黏度。•(3)容易长成大块的、均匀性良好的晶体，并且有较完整的外形。•(4)在多数情况下(低温溶液生长)，可直接观察晶体生长。•基本原理：将原料(溶质)溶解在溶剂中，采取适当的措施造成溶液的过饱和，使晶体在其中生长。Drawbacksofgrowingcrystalsfromsolutions溶液法的缺点：•(1)组分多；•(2)影响晶体生长的因素也比较复杂；•(3)生长周期长。•(4)低温溶液生长对控温精度要求很高，因为在一定的生长温度(T)下，温度波动(ΔT)的影响主要取决于ΔT／T，在低温下要求ΔT相对地小。对培养高质量的晶体，可容许的温度波动一般不超过百分之几度，甚至是千分之几度。溶解...