單晶材料的制備課件

第八章單晶材料的制備第一節(jié)概述一、單晶體的基本性質(zhì)單晶是由結(jié)構(gòu)基元（原子，原子團(tuán)，離子），在三維空間內(nèi)按長程有序排列而成的固態(tài)物質(zhì)?；蛘哒f是由結(jié)構(gòu)基元在三維空間內(nèi)，呈周期排列而成的固態(tài)物質(zhì)。如水晶，金剛石，寶石等。均勻性各向異性自限性對(duì)稱性最小內(nèi)能和最大穩(wěn)定性第八章單晶材料的制備第一節(jié)概述一、單晶體的基本性質(zhì)1二、單晶制備方法單晶材料的制備又稱晶體生長，是物質(zhì)的非晶態(tài)，多晶態(tài)，或能夠形成該物質(zhì)的反應(yīng)物，通過一定的物理或化學(xué)手段轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉顟B(tài)的過程。首先將結(jié)晶的物質(zhì)通過熔化或溶解方式轉(zhuǎn)變成熔體或溶液。再控制其熱力學(xué)條件生成晶相，并讓其長大。1、選擇單晶材料的制備方法的由結(jié)晶物質(zhì)的性質(zhì)決定。2、晶體生長的類型單組分結(jié)晶多組分結(jié)晶二、單晶制備方法23、常用的單晶生長方法復(fù)相化學(xué)反應(yīng)：a固體－晶體；b液體－晶體；c氣體－晶體；(1)固相－固相平衡的晶體生長a應(yīng)變退火法；b燒結(jié)生長；c同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變(2)液相－固相平衡的晶體生長（單組分）a定向凝固法；b耔晶法；c引上法；d區(qū)域熔化法(3)氣相－固相平衡的晶體生長A升華法；b濺射法3、常用的單晶生長方法復(fù)相化學(xué)反應(yīng)：(1)固相－固相平衡的晶3第二節(jié)固相－固相平衡的晶體生長再結(jié)晶生長方法。優(yōu)點(diǎn)：在較低溫度下生長，生長晶體的形狀是事先固定的，取向也容易得到控制，雜質(zhì)和其他添加組分的分布在生長前被固定下來，在生長過程中不改變。缺點(diǎn)：難以控制成核以形成大單晶。第二節(jié)固相－固相平衡的晶體生長再結(jié)晶生長方法。4一、形變?cè)俳Y(jié)晶理論1、再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力2、晶粒長大一、形變?cè)俳Y(jié)晶理論5二、應(yīng)變退火生長1、應(yīng)變退火鑄造件鍛造件變形加工件圖8－4二、應(yīng)變退火生長1、應(yīng)變退火鑄造件圖8－462、用應(yīng)變退火法生長特殊晶體3、應(yīng)變退火法制備鋁單晶的幾種工藝先在550℃使純度為99.6％的鋁退火，以消除原有應(yīng)變的影響和提供要求的晶粒大小，再使無應(yīng)變的晶粒較細(xì)的鋁變形以產(chǎn)生1％－2％的應(yīng)變，然后將溫度從450℃升至550℃，按25℃/天的速度退火。在一些場(chǎng)合，最后再要在600℃退火1h。在初始退火后，較低溫度下的所謂回復(fù)退火會(huì)減少晶粒數(shù)目，并幫助晶粒在后期退火時(shí)更快的長大。在液氮溫度附近冷滾軋，繼之在640℃退火10s，并水淬，制備了用于再結(jié)晶的鋁。采用交替施加應(yīng)變退火的方法，很容易制取寬2.5cm的高純單晶鋁帶，使用的應(yīng)變不足以使新晶粒成核，而退火溫度為640℃。2、用應(yīng)變退火法生長特殊晶體7三、燒結(jié)生長加熱壓實(shí)的多晶體。燒結(jié)時(shí)影響晶粒長大的推動(dòng)力的主要因素：殘余應(yīng)變?nèi)∠蛐?yīng)晶粒維度效應(yīng)三、燒結(jié)生長8第三節(jié)單組分液相－固相平衡的晶體生長（熔體法）目的：控制成核，以便使一個(gè)晶核（或最差也只有幾個(gè)）作為耔晶，讓所有的生長都在它上面發(fā)生。一、基本原理過冷是熔體中晶粒生長的必要條件。溫度梯度的存在是熱量輸送的必要條件。第三節(jié)單組分液相－固相平衡的晶體生長（熔體法）目的：控制9二、定向凝固法（B－S）法1、定向凝固法原理借助在一個(gè)溫度梯度內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶，從而在單一的固－液界面上成核。二、定向凝固法（B－S）法1、定向凝固法原理102、定向凝固生長需要的設(shè)備要與生長的化合物生長氣氛和溫度相適應(yīng)的幾何形狀合適的坩堝（或料舟）；能產(chǎn)生所要求的熱梯度的爐體；溫度測(cè)量和控制設(shè)備還需要溫度程序控制裝置或下降坩堝的設(shè)備。圖8－62、定向凝固生長需要的設(shè)備圖8－6113、定向凝固的應(yīng)用完整的定向凝固工藝要點(diǎn)：坩堝內(nèi)的溫度分布圖（至少要說明爐內(nèi)的溫度梯度如何）；生長界面移動(dòng)的速度（與下降速度或冷卻速度有關(guān)）；生長晶體的取向（如果用耔晶，要說明耔晶的取向）；原材料的純度；關(guān)于生長出的晶體的化學(xué)組成、雜質(zhì)含量；明確的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，例如坩堝材料、控制溫度及特殊問題等。3、定向凝固的應(yīng)用12三、提拉法（邱克拉斯基法，簡稱幌法）圖8－10三、提拉法（邱克拉斯基法，簡稱幌法）圖8－10131、提拉法的原理同成分的結(jié)晶物質(zhì)熔化，但不分解，不與周圍反應(yīng)。耔晶預(yù)熱后旋轉(zhuǎn)下降與熔體液面接觸，同時(shí)旋轉(zhuǎn)耔晶，待耔晶微熔后再緩慢向上提拉；降低坩堝溫度或熔體溫度梯度，不斷提拉籽晶，使其籽晶變大；當(dāng)晶體達(dá)到所需長度后，在拉速不變的情況下升高熔體的溫度或在溫度不變的情況下加快拉速使晶體脫離熔體液面；退火處理。1、提拉法的原理142、提拉法的技術(shù)要點(diǎn)生長高質(zhì)量晶體的主要要求：提拉和旋轉(zhuǎn)的速率要平穩(wěn)，且熔體的溫度要精確控制。實(shí)現(xiàn)成功提拉必須滿足的準(zhǔn)則：晶體（或晶體加摻雜）熔化過程中不能分解；晶體不得與坩堝或周圍氣氛反應(yīng)；爐子與加熱元件要保證能加熱到熔點(diǎn)；要能夠建立足以形成單晶材料的提拉速度與熱梯度相匹配的條件。2、提拉法的技術(shù)要點(diǎn)153、提拉法的特點(diǎn)與應(yīng)用提拉法適于半導(dǎo)體單晶Si、Ge及大多數(shù)激光晶體。圖8－113、提拉法的特點(diǎn)與應(yīng)用圖8－11164、凱羅泡洛斯法（Kyropoulos)(泡生法）與提拉法相近，也是將耔晶浸入盛放在合適的坩堝內(nèi)的熔體中。但耔晶不從熔體中撤出，而是借助于使相應(yīng)于物質(zhì)熔點(diǎn)的等溫線從耔晶往下移向坩堝的方法獲得生長。圖8－12過熱熔體降溫至稍高于熔點(diǎn)，降低爐溫或冷卻籽晶桿，使籽晶周圍熔體過冷，生長晶體?？刂坪脺囟?，就能保持晶體不斷生長。

4、凱羅泡洛斯法（Kyropoulos)(泡生法）圖8－117四、區(qū)域熔化技術(shù)1、區(qū)域熔化法的原理四、區(qū)域熔化技術(shù)1、區(qū)域熔化法的原理18生長過程：將結(jié)晶物質(zhì)在坩堝中制成鑄錠；使坩堝一端移向高溫區(qū)域，形成熔體；坩堝繼續(xù)移動(dòng)，移出高溫區(qū)的熔體形成晶體，進(jìn)入高溫區(qū)的料錠熔化形成熔體；坩堝的另一端移出高溫區(qū)后生長結(jié)束。2、水平區(qū)熔法圖8－14生長過程：2、水平區(qū)熔法圖8－14193、浮區(qū)法技術(shù)要點(diǎn)和步驟：將多晶料棒緊靠耔晶；射頻感應(yīng)加熱，使多晶料棒靠近耔晶一端形成一個(gè)熔化區(qū)，并使耔晶微熔，熔化區(qū)靠表面張力支持而不流淌；同速向下移動(dòng)多晶料棒和晶體，相當(dāng)于熔化區(qū)向上移動(dòng)，單晶逐漸長大，而料棒不斷縮短，直至多晶料棒全部轉(zhuǎn)化為單晶體；3、浮區(qū)法技術(shù)要點(diǎn)和步驟：20第四節(jié)常溫溶液法一、基本原理1晶體生長的必要條件：

一定溫度條件下，溶液的濃度大于該溫度下的平衡濃度（即飽和濃度）稱過飽和，其大于的程度稱過飽和度，它是溶液法晶體生長的驅(qū)動(dòng)力。

2晶體生長的充分條件：

把溶液的過飽和狀態(tài)控制在亞穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，避免進(jìn)入不穩(wěn)定或穩(wěn)定區(qū)第四節(jié)常溫溶液法一、基本原理1晶體生長的必要條件：

21二、晶體生長方法1、降溫法圖8－17利用不斷降溫并維持溶液亞穩(wěn)過飽和態(tài)，以實(shí)現(xiàn)晶體不斷生長的方法。二、晶體生長方法1、降溫法圖8－17利用不斷降溫并維持溶液222、流動(dòng)法圖8－18控制飽和槽和生長槽間溫差及流速并使其處于亞穩(wěn)過飽和態(tài)。維持晶體不斷生長。

2、流動(dòng)法圖8－18控制飽和槽和生長槽間溫差及流速并使其處233、蒸發(fā)法圖8－19利用不斷蒸發(fā)溶劑，并控制蒸發(fā)速度，維持溶液處于亞穩(wěn)的過飽和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)晶體的完全生長。

3、蒸發(fā)法圖8－19利用不斷蒸發(fā)溶劑，并控制蒸發(fā)速度，維持244、電解溶劑法圖8－20利用電解原理，不斷從體系中去除溶劑，以維持溶液過飽和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)晶體不斷生長。關(guān)鍵是控制電解電流，即溶劑電解速度保持體系處于亞穩(wěn)區(qū)。

4、電解溶劑法圖8－20利用電解原理，不斷從體系中去除溶劑255、凝膠法圖8－21兩物質(zhì)的溶液通過凝膠擴(kuò)散，相遇，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)，生成結(jié)晶物質(zhì)，并在凝膠中成核，長大。5、凝膠法圖8－21兩物質(zhì)的溶液通過凝膠擴(kuò)散，相遇，經(jīng)化學(xué)26第五節(jié)高溫溶液法一、基本原理高溫溶液法生長的結(jié)晶物質(zhì)，須在高溫下，溶于助溶劑，形成過飽和溶液。因此，助溶劑選擇，溶液相關(guān)系的確定，是溶液生長晶體的先決條件。

助溶劑應(yīng)具備的條件：

1）對(duì)結(jié)晶物質(zhì)有足夠大溶解度，并在生長溫度范圍內(nèi)，有適宜的溶解度溫度系數(shù)。

2）與溶質(zhì)的作用應(yīng)是可逆的，形成的晶體是唯一、穩(wěn)定的。

3）具有盡可能高的沸點(diǎn)及盡可能低的溶點(diǎn)。

4）含有與結(jié)晶物質(zhì)相同的離子。

5）粘滯性不大，利于溶質(zhì)擴(kuò)散和能量運(yùn)輸。

6）很小的揮發(fā)性（揮發(fā)法除外）和毒性。7）無腐蝕性。

8）在熔融狀態(tài)時(shí)，其密度應(yīng)盡量與結(jié)晶物質(zhì)相近，以利于溶液均勻。9）可用適當(dāng)溶液或溶劑溶解。

第五節(jié)高溫溶液法一、基本原理高溫溶液法生長的結(jié)晶物質(zhì)，須27二、晶體生長方法簡介1、緩冷法及其改進(jìn)技術(shù)以0.2－5℃/h的速度，使處在過飽和態(tài)的高溫溶液降溫，先慢后快，防止過多成核。溫度降到出現(xiàn)其它相或溶解的溫度系數(shù)近于0時(shí)，較快速降溫。并用適當(dāng)?shù)娜軇┤艿裟淘诰w周圍的溶液，便得晶體。

改進(jìn)技術(shù)：（1）坩堝局部過冷（2）采用復(fù)合助熔劑（3）變速旋轉(zhuǎn)坩堝（4）刺破坩堝以利于分離或球形坩堝技術(shù)。

二、晶體生長方法簡介1、緩冷法及其改進(jìn)技術(shù)以0.2282、助熔劑揮發(fā)法恒溫下借助助溶劑的揮發(fā)，使溶液保持亞穩(wěn)定過飽和態(tài)，以保持晶體生長。

圖8－222、助熔劑揮發(fā)法恒溫下借助助溶劑的揮發(fā)，使溶液保持亞穩(wěn)定過飽293、耔晶降溫法引入籽晶后，靠不斷降溫維持溶液的亞穩(wěn)定過飽和度，保持晶體不斷生長。

3、耔晶降溫法引入籽晶后，靠不斷降溫維持溶液的亞穩(wěn)定過飽和度304、溶液提拉法（頂部耔晶法）高溫溶液法和熔體提拉法的結(jié)合。從高溫溶液中提拉出溶質(zhì)的晶體。圖8－234、溶液提拉法（頂部耔晶法）高溫溶液法和熔體提拉法的結(jié)合。從315、移動(dòng)溶劑熔區(qū)法高溫溶液法與熔體浮區(qū)法的結(jié)合方法。助熔劑起溶解多晶原料、降低生長溫度和去除雜質(zhì)的作用。該法與其他高溫溶液法不同的是：只用少量助熔劑就可將多晶原料逐次溶解。5、移動(dòng)溶劑熔區(qū)法高溫溶液法與熔體浮區(qū)法的結(jié)合方法。32三、晶體生長實(shí)例——光折變材料BaTiO3的晶體生長1、生長方法——高溫溶液頂部耔晶法2、生長條件助熔劑：TiO2

原料：高純BaO試劑耔晶取向：[001]或[110]生長氣氛：大氣氣氛坩堝：鉑坩堝爐溫：145010℃提拉速度：0.5-1.0mm/d晶體轉(zhuǎn)速：0-150r/min范圍內(nèi)可調(diào)3、操作步驟三、晶體生長實(shí)例——光折變材料BaTiO3的晶體生長1、生長33第六節(jié)其他晶體生長方法一、水熱法（高壓溶液法）利用高溫高壓的水溶液，使那些在大氣條件下不溶或難溶于水的物質(zhì)通過溶解或反應(yīng)生成該物質(zhì)的過飽和溶液，進(jìn)而生長為晶體的方法。第六節(jié)其他晶體生長方法一、水熱法（高壓溶液法）利用高溫高34二、高溫高壓法生長超硬晶體材料的重要手段。靜壓法使用特制容器使非金剛石結(jié)構(gòu)碳直接轉(zhuǎn)變或通過熔媒反應(yīng)得到金剛石。動(dòng)壓法利用動(dòng)態(tài)沖擊技術(shù)，使石墨直接轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?。低壓法在金剛石相圖的亞穩(wěn)區(qū)進(jìn)行外延生長的一種方法。二、高溫高壓法生長超硬晶體材料的重要手段。35三、焰熔法1980年由法國化學(xué)家Verneuil發(fā)明的。利用氫氣和氧氣在燃燒過程中產(chǎn)生高溫，使疏松的原料粉末撒下，通過氫氧焰熔融，并落在一個(gè)冷卻的結(jié)晶桿上結(jié)成單晶。三、焰熔法1980年由法國化學(xué)家Verneuil發(fā)明的。利用36第八章單晶材料的制備第一節(jié)概述一、單晶體的基本性質(zhì)單晶是由結(jié)構(gòu)基元（原子，原子團(tuán)，離子），在三維空間內(nèi)按長程有序排列而成的固態(tài)物質(zhì)?；蛘哒f是由結(jié)構(gòu)基元在三維空間內(nèi)，呈周期排列而成的固態(tài)物質(zhì)。如水晶，金剛石，寶石等。均勻性各向異性自限性對(duì)稱性最小內(nèi)能和最大穩(wěn)定性第八章單晶材料的制備第一節(jié)概述一、單晶體的基本性質(zhì)37二、單晶制備方法單晶材料的制備又稱晶體生長，是物質(zhì)的非晶態(tài)，多晶態(tài)，或能夠形成該物質(zhì)的反應(yīng)物，通過一定的物理或化學(xué)手段轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉顟B(tài)的過程。首先將結(jié)晶的物質(zhì)通過熔化或溶解方式轉(zhuǎn)變成熔體或溶液。再控制其熱力學(xué)條件生成晶相，并讓其長大。1、選擇單晶材料的制備方法的由結(jié)晶物質(zhì)的性質(zhì)決定。2、晶體生長的類型單組分結(jié)晶多組分結(jié)晶二、單晶制備方法383、常用的單晶生長方法復(fù)相化學(xué)反應(yīng)：a固體－晶體；b液體－晶體；c氣體－晶體；(1)固相－固相平衡的晶體生長a應(yīng)變退火法；b燒結(jié)生長；c同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變(2)液相－固相平衡的晶體生長（單組分）a定向凝固法；b耔晶法；c引上法；d區(qū)域熔化法(3)氣相－固相平衡的晶體生長A升華法；b濺射法3、常用的單晶生長方法復(fù)相化學(xué)反應(yīng)：(1)固相－固相平衡的晶39第二節(jié)固相－固相平衡的晶體生長再結(jié)晶生長方法。優(yōu)點(diǎn)：在較低溫度下生長，生長晶體的形狀是事先固定的，取向也容易得到控制，雜質(zhì)和其他添加組分的分布在生長前被固定下來，在生長過程中不改變。缺點(diǎn)：難以控制成核以形成大單晶。第二節(jié)固相－固相平衡的晶體生長再結(jié)晶生長方法。40一、形變?cè)俳Y(jié)晶理論1、再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力2、晶粒長大一、形變?cè)俳Y(jié)晶理論41二、應(yīng)變退火生長1、應(yīng)變退火鑄造件鍛造件變形加工件圖8－4二、應(yīng)變退火生長1、應(yīng)變退火鑄造件圖8－4422、用應(yīng)變退火法生長特殊晶體3、應(yīng)變退火法制備鋁單晶的幾種工藝先在550℃使純度為99.6％的鋁退火，以消除原有應(yīng)變的影響和提供要求的晶粒大小，再使無應(yīng)變的晶粒較細(xì)的鋁變形以產(chǎn)生1％－2％的應(yīng)變，然后將溫度從450℃升至550℃，按25℃/天的速度退火。在一些場(chǎng)合，最后再要在600℃退火1h。在初始退火后，較低溫度下的所謂回復(fù)退火會(huì)減少晶粒數(shù)目，并幫助晶粒在后期退火時(shí)更快的長大。在液氮溫度附近冷滾軋，繼之在640℃退火10s，并水淬，制備了用于再結(jié)晶的鋁。采用交替施加應(yīng)變退火的方法，很容易制取寬2.5cm的高純單晶鋁帶，使用的應(yīng)變不足以使新晶粒成核，而退火溫度為640℃。2、用應(yīng)變退火法生長特殊晶體43三、燒結(jié)生長加熱壓實(shí)的多晶體。燒結(jié)時(shí)影響晶粒長大的推動(dòng)力的主要因素：殘余應(yīng)變?nèi)∠蛐?yīng)晶粒維度效應(yīng)三、燒結(jié)生長44第三節(jié)單組分液相－固相平衡的晶體生長（熔體法）目的：控制成核，以便使一個(gè)晶核（或最差也只有幾個(gè)）作為耔晶，讓所有的生長都在它上面發(fā)生。一、基本原理過冷是熔體中晶粒生長的必要條件。溫度梯度的存在是熱量輸送的必要條件。第三節(jié)單組分液相－固相平衡的晶體生長（熔體法）目的：控制45二、定向凝固法（B－S）法1、定向凝固法原理借助在一個(gè)溫度梯度內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶，從而在單一的固－液界面上成核。二、定向凝固法（B－S）法1、定向凝固法原理462、定向凝固生長需要的設(shè)備要與生長的化合物生長氣氛和溫度相適應(yīng)的幾何形狀合適的坩堝（或料舟）；能產(chǎn)生所要求的熱梯度的爐體；溫度測(cè)量和控制設(shè)備還需要溫度程序控制裝置或下降坩堝的設(shè)備。圖8－62、定向凝固生長需要的設(shè)備圖8－6473、定向凝固的應(yīng)用完整的定向凝固工藝要點(diǎn)：坩堝內(nèi)的溫度分布圖（至少要說明爐內(nèi)的溫度梯度如何）；生長界面移動(dòng)的速度（與下降速度或冷卻速度有關(guān)）；生長晶體的取向（如果用耔晶，要說明耔晶的取向）；原材料的純度；關(guān)于生長出的晶體的化學(xué)組成、雜質(zhì)含量；明確的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，例如坩堝材料、控制溫度及特殊問題等。3、定向凝固的應(yīng)用48三、提拉法（邱克拉斯基法，簡稱幌法）圖8－10三、提拉法（邱克拉斯基法，簡稱幌法）圖8－10491、提拉法的原理同成分的結(jié)晶物質(zhì)熔化，但不分解，不與周圍反應(yīng)。耔晶預(yù)熱后旋轉(zhuǎn)下降與熔體液面接觸，同時(shí)旋轉(zhuǎn)耔晶，待耔晶微熔后再緩慢向上提拉；降低坩堝溫度或熔體溫度梯度，不斷提拉籽晶，使其籽晶變大；當(dāng)晶體達(dá)到所需長度后，在拉速不變的情況下升高熔體的溫度或在溫度不變的情況下加快拉速使晶體脫離熔體液面；退火處理。1、提拉法的原理502、提拉法的技術(shù)要點(diǎn)生長高質(zhì)量晶體的主要要求：提拉和旋轉(zhuǎn)的速率要平穩(wěn)，且熔體的溫度要精確控制。實(shí)現(xiàn)成功提拉必須滿足的準(zhǔn)則：晶體（或晶體加摻雜）熔化過程中不能分解；晶體不得與坩堝或周圍氣氛反應(yīng)；爐子與加熱元件要保證能加熱到熔點(diǎn)；要能夠建立足以形成單晶材料的提拉速度與熱梯度相匹配的條件。2、提拉法的技術(shù)要點(diǎn)513、提拉法的特點(diǎn)與應(yīng)用提拉法適于半導(dǎo)體單晶Si、Ge及大多數(shù)激光晶體。圖8－113、提拉法的特點(diǎn)與應(yīng)用圖8－11524、凱羅泡洛斯法（Kyropoulos)(泡生法）與提拉法相近，也是將耔晶浸入盛放在合適的坩堝內(nèi)的熔體中。但耔晶不從熔體中撤出，而是借助于使相應(yīng)于物質(zhì)熔點(diǎn)的等溫線從耔晶往下移向坩堝的方法獲得生長。圖8－12過熱熔體降溫至稍高于熔點(diǎn)，降低爐溫或冷卻籽晶桿，使籽晶周圍熔體過冷，生長晶體?？刂坪脺囟?，就能保持晶體不斷生長。

4、凱羅泡洛斯法（Kyropoulos)(泡生法）圖8－153四、區(qū)域熔化技術(shù)1、區(qū)域熔化法的原理四、區(qū)域熔化技術(shù)1、區(qū)域熔化法的原理54生長過程：將結(jié)晶物質(zhì)在坩堝中制成鑄錠；使坩堝一端移向高溫區(qū)域，形成熔體；坩堝繼續(xù)移動(dòng)，移出高溫區(qū)的熔體形成晶體，進(jìn)入高溫區(qū)的料錠熔化形成熔體；坩堝的另一端移出高溫區(qū)后生長結(jié)束。2、水平區(qū)熔法圖8－14生長過程：2、水平區(qū)熔法圖8－14553、浮區(qū)法技術(shù)要點(diǎn)和步驟：將多晶料棒緊靠耔晶；射頻感應(yīng)加熱，使多晶料棒靠近耔晶一端形成一個(gè)熔化區(qū)，并使耔晶微熔，熔化區(qū)靠表面張力支持而不流淌；同速向下移動(dòng)多晶料棒和晶體，相當(dāng)于熔化區(qū)向上移動(dòng)，單晶逐漸長大，而料棒不斷縮短，直至多晶料棒全部轉(zhuǎn)化為單晶體；3、浮區(qū)法技術(shù)要點(diǎn)和步驟：56第四節(jié)常溫溶液法一、基本原理1晶體生長的必要條件：

一定溫度條件下，溶液的濃度大于該溫度下的平衡濃度（即飽和濃度）稱過飽和，其大于的程度稱過飽和度，它是溶液法晶體生長的驅(qū)動(dòng)力。

2晶體生長的充分條件：

把溶液的過飽和狀態(tài)控制在亞穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，避免進(jìn)入不穩(wěn)定或穩(wěn)定區(qū)第四節(jié)常溫溶液法一、基本原理1晶體生長的必要條件：

57二、晶體生長方法1、降溫法圖8－17利用不斷降溫并維持溶液亞穩(wěn)過飽和態(tài)，以實(shí)現(xiàn)晶體不斷生長的方法。二、晶體生長方法1、降溫法圖8－17利用不斷降溫并維持溶液582、流動(dòng)法圖8－18控制飽和槽和生長槽間溫差及流速并使其處于亞穩(wěn)過飽和態(tài)。維持晶體不斷生長。

2、流動(dòng)法圖8－18控制飽和槽和生長槽間溫差及流速并使其處593、蒸發(fā)法圖8－19利用不斷蒸發(fā)溶劑，并控制蒸發(fā)速度，維持溶液處于亞穩(wěn)的過飽和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)晶體的完全生長。

3、蒸發(fā)法圖8－19利用不斷蒸發(fā)溶劑，并控制蒸發(fā)速度，維持604、電解溶劑法圖8－20利用電解原理，不斷從體系中去除溶劑，以維持溶液過飽和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)晶體不斷生長。關(guān)鍵是控制電解電流，即溶劑電解速度保持體系處于亞穩(wěn)區(qū)。

4、電解溶劑法圖8－20利用電解原理，不斷從體系中去除溶劑615、凝膠法圖8－21兩物質(zhì)的溶液通過凝膠擴(kuò)散，相遇，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)，生成結(jié)晶物質(zhì)，并在凝膠中成核，長大。5、凝膠法圖8－21兩物質(zhì)的溶液通過凝膠擴(kuò)散，相遇，經(jīng)化學(xué)62第五節(jié)高溫溶液法一、基本原理高溫溶液法生長的結(jié)晶物質(zhì)，須在高溫下，溶于助溶劑，形成過飽和溶液。因此，助溶劑選擇，溶液相關(guān)系的確定，是溶液生長晶體的先決條件。

助溶劑應(yīng)具備的條件：

1）對(duì)結(jié)晶物質(zhì)有足夠大溶解度，并在生長溫度范圍內(nèi)，有適宜的溶解度溫度系數(shù)。

2）與溶質(zhì)的作用應(yīng)是可逆的，形成的晶體是唯一、穩(wěn)定的。

3）具有盡可能高的沸點(diǎn)及盡可能低的溶點(diǎn)。

4）含有與結(jié)晶物質(zhì)相同的離子。

5）粘滯性不大，利于溶質(zhì)擴(kuò)散和能量運(yùn)輸。

6）很小的揮發(fā)性（揮發(fā)法除外）和毒性。7）無腐蝕性。

8）在熔融狀態(tài)時(shí)，其密度應(yīng)盡量與結(jié)晶物質(zhì)相近，以利于溶液均勻。9）可用適當(dāng)溶液或溶劑溶解。

第五節(jié)高溫溶液法一、基本原理高溫溶液法生長的結(jié)晶物質(zhì)，須63二、晶體生長方法簡介1、緩冷法及其改進(jìn)技術(shù)以0.2－5℃/h的速度，使處在過飽和態(tài)的高溫溶液降溫，先慢后快，防止過多成核。溫度降到出現(xiàn)其它相或溶解的溫度系數(shù)近于0時(shí)，較快速降溫。并用適當(dāng)?shù)娜軇┤艿裟淘诰w周圍的溶液，便得晶體。

改進(jìn)技術(shù)：（1）坩堝局部過冷（2）采用復(fù)合助熔劑（3）變速旋轉(zhuǎn)坩堝（4）刺破坩堝以利于分離或球形坩堝技術(shù)。

二、晶體生長方法簡介1、緩冷法及其改進(jìn)技術(shù)以0.2642、助熔劑揮發(fā)