第三章 晶體生長(zhǎng)

第三章晶體生長(zhǎng)第一節(jié)前言第二節(jié)晶體生長(zhǎng)熱力學(xué)第三節(jié)相圖及其在晶體生長(zhǎng)中的應(yīng)用第四節(jié)晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)第五節(jié)晶體生長(zhǎng)方法第一節(jié)你所熟悉的晶體生長(zhǎng)天然晶體人工晶體天然晶體全世界海鹽產(chǎn)量5000萬(wàn)噸，其中我國(guó)生產(chǎn)1300多萬(wàn)噸，居世界第一。早在3000多年前，我國(guó)就采用海水煮鹽了，是世界上制鹽最早的國(guó)家。1977年我國(guó)在山東發(fā)現(xiàn)了迄今為止的世界上最大的金剛石--常林鉆石。

天然鉆石The101.4695-carat(20.2939grams)diamond29.4millimetresinlengthand17.853millimetresinheightwasdiscoveredinMayinadiamondmineinMengyin,EastChinasShandongProvince.Thethreelargerdiamonds,weighing158.786(常林鉆石,1977),124.27(陳埠一號(hào),1981)and119carats(蒙山一號(hào),1983),werediscoveredin1977,1981and1983,alsoInShandongProvince,YeDanian葉大年院士,anacademicianattheChineseAcademyofSciences,saidatanewsconferenceyesterday.TwoofthemwerestillinthepossessionofthePeoplesBankofChina中國(guó)人民銀行,andthe124.27-caratonewasboughtbyacompanyinShanghai.

本文報(bào)道的金剛石為101.4695-carat，黃色，半透明，橢圓八面體，2006年5月發(fā)現(xiàn)于山東蒙陰建材701礦，屬于中國(guó)材料工業(yè)科工集團(tuán)公司，存放于中央人民銀行。文章為中國(guó)日?qǐng)?bào)社授權(quán)轉(zhuǎn)載，文章來(lái)源：Cao,Desheng(ChinaDaily),2006,Chinas4thlargestdiamondtoglitterincapitalcity.ChinaDaily,2006-10-11;人工晶體公元前200--公元后400年中國(guó)煉丹術(shù)興起。魏伯陽(yáng)的《周易參同契》和葛洪的《抱撲子》記錄了汞、鉛、金、硫等元素和數(shù)十藥物的性狀與配制。公元750年中國(guó)煉丹術(shù)傳入阿拉伯。1965年，我國(guó)在世界上第一個(gè)用人工的方法合成活性蛋白質(zhì)--結(jié)晶牛胰島素(由于署名原因，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)與國(guó)人擦肩而過(guò))。

第二節(jié)晶體生長(zhǎng)熱力學(xué)一、相變驅(qū)動(dòng)力二、成核相變驅(qū)動(dòng)力相變的判斷標(biāo)準(zhǔn)：G=G2–G10？G稱為相變驅(qū)動(dòng)力。相變驅(qū)動(dòng)力由氣相生長(zhǎng)晶體由溶液生長(zhǎng)晶體由熔體生長(zhǎng)晶體

成核在恒溫恒壓下發(fā)生相變第三節(jié)相圖及其在晶體生長(zhǎng)中的應(yīng)用相圖就是用來(lái)表示材料相的狀態(tài)和溫度及成分關(guān)系的綜合圖形，其所表示的相的狀態(tài)是平衡狀態(tài)。什么是相圖？認(rèn)識(shí)相圖（1）純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬的多晶型性（同素異構(gòu)現(xiàn)象）多晶型性轉(zhuǎn)變（同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變）純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?chǔ)?Feγ-Feα-Fe認(rèn)識(shí)相圖（2）鐵碳合金平衡相圖相與相平衡1.相(Phase)在一個(gè)系統(tǒng)中，成分、結(jié)構(gòu)相同，性能一致的均勻的組成部分叫做相，不同相之間有明顯的界面分開,該界面稱為相界面。2.組元(Component)組元通常是指系統(tǒng)中每一個(gè)可以單獨(dú)分離出來(lái)，并能獨(dú)立存在的化學(xué)純物質(zhì)，在一個(gè)給定的系統(tǒng)中，組元就是構(gòu)成系統(tǒng)的各種化學(xué)元素或化合物?；瘜W(xué)元素：Cu,Ni,Fe等化合物：Al2O3,MgO,Na2O,SiO2等按組元數(shù)目，將系統(tǒng)分為：一元系，二元系，三元系，…3.相平衡在某一溫度下，系統(tǒng)中各個(gè)相經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間也不互相轉(zhuǎn)變，處于平衡狀態(tài)，這種平衡稱為相平衡。AB各組元在各相中的化學(xué)勢(shì)相同。熱力學(xué)動(dòng)態(tài)平衡吉布斯相律（GibbsPhaseRule）處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的系統(tǒng)中自由度與組元數(shù)和相數(shù)之間的關(guān)系定律，通常簡(jiǎn)稱為相律。只考慮溫度和壓力對(duì)系統(tǒng)平衡狀態(tài)的影響:F=C-P+2凝聚系統(tǒng):F=C-P+1式中：F是自由度數(shù)；C是組成材料系統(tǒng)的獨(dú)立組元數(shù)；P是平衡相的數(shù)目。相圖的類別單組分體系相圖，如冰、鐵二元體系相圖，如Cu-Ni,Al2O3-Cr2O3三元體系相圖單組分體系相圖組元數(shù)C=1根據(jù)相律：F=1-P+2=3-P∵F≥0,∴P≤3若，P=1，則F=2∴可以用溫度和壓力作坐標(biāo)的平面圖(p-T圖)來(lái)表示系統(tǒng)的相圖。若，F(xiàn)=0，則P=3，即最多有三相平衡。例水的相圖狀態(tài)點(diǎn)水的相圖—相圖分析3條線：C=1，P=2，F(xiàn)=1OA是水與冰兩相平衡線OB是冰與蒸汽兩相平衡線OC是水與蒸汽兩相平衡線3個(gè)單相區(qū)：C=1，P=1，F(xiàn)=2固相區(qū)、液相區(qū)和氣相區(qū)O點(diǎn)是氣、液、固三相的平衡共存點(diǎn)F=0水的相圖—相圖分析如果外界保持一個(gè)大氣壓，根據(jù)相律，C=1，P=1則F=1。系統(tǒng)中只有一個(gè)獨(dú)立可變的變數(shù)。因此單元系相圖可以只用一個(gè)溫度軸來(lái)表示。二元體系相圖二元系統(tǒng)有兩個(gè)組元，根據(jù)相律：F=C-P+1，二元系統(tǒng)最大的自由度數(shù)目F=2，這兩個(gè)自由度就是溫度和成分。故二元凝聚系統(tǒng)的相圖，仍然可以采用二維的平面圖形來(lái)描述。即以溫度和任一組元濃度為坐標(biāo)軸的溫度-成分圖表示。成分的表示方法材料的成分是指材料各組元在材料中所占的數(shù)量。質(zhì)量分?jǐn)?shù)wB摩爾分?jǐn)?shù)

xB二元體系相圖的建立物理方法熱分析法金相組織法X射線分析法硬度法電阻法熱膨脹法磁性法計(jì)算方法相圖熱力學(xué)計(jì)算熱分析法時(shí)間溫度凝固開始凝固終了LL+SSCu-Ni相圖Cu30%Ni50%Ni70%NiNi時(shí)間溫度CuNi305070wNi(%)Lα杠桿規(guī)則ABCoCLCαTATBt1LαL+αabo杠桿規(guī)則示意圖8.3.3二元相圖的基本類型1.勻晶相圖當(dāng)兩個(gè)組元化學(xué)性質(zhì)相近，晶體結(jié)構(gòu)相同，晶格常數(shù)相差不大時(shí)，它們不僅可以在液態(tài)或熔融態(tài)完全互溶，而且在固態(tài)也完全互溶，形成成分連續(xù)可變的固溶體，稱為無(wú)限固溶體或連續(xù)固溶體，它們形成的相圖即為勻晶相圖(Isomorphoussystem)。二元?jiǎng)蚓鄨DABTATBLαL+α二元?jiǎng)蚓鄨D1）相圖分析液相線固相線液相區(qū)固相區(qū)兩相共存區(qū)ABTATBLαL+α2條線：C=2，P=2，F(xiàn)=1

液相線固相線2個(gè)單相區(qū)：C=2，P=1，F(xiàn)=2固相區(qū)、液相區(qū)1個(gè)兩相區(qū)：C=2，P=2，F(xiàn)=1認(rèn)識(shí)相圖CaO穩(wěn)定的立方ZrO2相圖重要點(diǎn)N、G——同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)H、E、P、Q——最大溶解度點(diǎn)J、C、S——包晶、共晶、共析點(diǎn)A、D——Fe、Fe3C熔點(diǎn)包晶反應(yīng)共晶反應(yīng)共析反應(yīng)鐵碳合金相圖分析LdLdPPδL+AFAL+Fe3CA+FF+Fe3CA+Fe3Cδ+Lδ+ALAB0.53C4.3DE2.11FGS0.77P0.02KQJ0.17HFeFe3C0.096.69鐵碳合金分類

鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程分析共析鋼[wc=0.77%]鐵碳合金相圖分析室溫平衡組織:100%P（F和Fe3C）組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：亞共析鋼[0.0218%<wc<0.77%]鐵碳合金相圖分析0.20%C組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.40%C室溫平衡組織:F+P，其相對(duì)量為：過(guò)共析鋼[0.077%<wc<2.11%]鐵碳合金相圖分析硝酸酒精侵蝕苦味酸侵蝕室溫平衡組織:P+Fe3CⅡ，其相對(duì)量為：工業(yè)純鐵[wc<0.02%]鐵碳合金相圖分析室溫平衡組織:F+Fe3CⅢ

共晶白口鐵[wc=4.3%]鐵碳合金相圖分析室溫平衡組織:100%亞共晶白口鐵[2.11%<wc<4.3%]鐵碳合金相圖分析室溫平衡組織:P+Fe3CⅡ+過(guò)共晶白口鐵[4.3%<wc<6.69%]鐵碳合金相圖分析室溫平衡組織:+Fe3C成分過(guò)冷

平衡分配系數(shù)：在一定溫度下，固、液兩平衡相中溶質(zhì)濃度的比值。k0=Cs/Cl

成分過(guò)冷

成分過(guò)冷及其對(duì)晶體生長(zhǎng)形態(tài)的影響（1）成分過(guò)冷：由成分變化與實(shí)際溫度分布共同決定的過(guò)冷。（2）形成：界面溶質(zhì)濃度從高到低→液相線溫度從低到高。

（圖示：溶質(zhì)分布曲線→勻晶相圖→液相線溫度分布曲線→實(shí)際溫度分布曲線→成分過(guò)冷區(qū)。）成分過(guò)冷

成分過(guò)冷對(duì)生長(zhǎng)形態(tài)的影響成分過(guò)冷越大－生長(zhǎng)形態(tài)：平面狀－胞狀－樹枝狀。組分過(guò)冷問(wèn)題生長(zhǎng)純的晶體材料，一般不用考慮組分過(guò)冷問(wèn)題。在通常條件下，組分過(guò)冷是晶體生長(zhǎng)工作者所遇到的主要問(wèn)題。問(wèn)題解決之道：降低生長(zhǎng)速度；提高溫度梯度；加強(qiáng)對(duì)流。如何提高晶體生長(zhǎng)速率？原則：確保不發(fā)生組分過(guò)冷。有效分凝系數(shù)ke越接近1，生長(zhǎng)速率越快；原料純度越高，生長(zhǎng)速率可以越快；液相線斜率越大，生長(zhǎng)速率應(yīng)越慢；溫度梯度越大，生長(zhǎng)速率越快。晶體的熱處理工藝退火將晶體加熱到其固相線以下的某個(gè)溫度（一般為固相線以下50100C），恒溫一段時(shí)間后再緩慢地降至室溫的熱處理工藝稱為退火。目的：均勻化退火；去應(yīng)力退火淬火將晶體從某個(gè)高溫的狀態(tài)被快速降至室溫或更低溫度，以便保持其高溫狀態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)的熱處理工藝稱為淬火。第四節(jié)晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)周期鍵鏈理論（periodicbondchain,PBC）在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，于生長(zhǎng)界面上形成一個(gè)鍵所需要的時(shí)間隨著鍵合能的增加而減少，因而生長(zhǎng)界面的法向生長(zhǎng)速率隨鍵合能的增加而增加，因而晶體生長(zhǎng)最快的方向是化學(xué)鍵最強(qiáng)的方向。（按照Bravais法則）在晶體生長(zhǎng)到最后階段保留下來(lái)的一些主要晶面是原子密排面。晶面生長(zhǎng)速度與面網(wǎng)密度關(guān)系面網(wǎng)密度小生長(zhǎng)速度快，晶面消失快；面網(wǎng)密度大生長(zhǎng)速度慢，易保留下來(lái)成為晶面。生長(zhǎng)速度面網(wǎng)密度小

晶體生長(zhǎng)過(guò)程示意圖擴(kuò)散活化能質(zhì)點(diǎn)由液相向固相遷移原子在光滑面（001）上所有

可能的不同生長(zhǎng)位置晶體生長(zhǎng)過(guò)程實(shí)際上就是基元從周圍環(huán)境中不斷地通過(guò)界面進(jìn)入晶格格位的過(guò)程123456基元優(yōu)先進(jìn)入順序：扭折1＞臺(tái)階2＞平面3三面凹角二面凹角一般位置晶體生長(zhǎng)晶體生長(zhǎng)晶體的FSK平面：晶體生長(zhǎng)過(guò)程中所出現(xiàn)的平面分為三種類型：平坦面F（flatfaces）臺(tái)階面S（steppedfaces）扭折面K（kinkedfaces）FFFSKK面：生長(zhǎng)速度最快，消失快F面：生長(zhǎng)速度最慢易成為晶面四種晶體生長(zhǎng)界面（1）完整光滑界面；（2）非完整光滑界面；（3）粗糙界面；（4）擴(kuò)散面。完整光滑界面的生長(zhǎng)r--環(huán)境相與晶相之間的化學(xué)勢(shì)差

/2--每個(gè)原子的臺(tái)階能

a--晶格常數(shù)生長(zhǎng)特點(diǎn)：晶體層狀生長(zhǎng)，層與層間的生長(zhǎng)不是一個(gè)連續(xù)過(guò)程非完整光滑面的生長(zhǎng)在光滑的生長(zhǎng)界面上開始的臺(tái)階源從何處來(lái)？--二維臨界晶核問(wèn)題，因而需要一定的過(guò)飽和度。根據(jù)螺型位錯(cuò)生長(zhǎng)模型，晶體在生長(zhǎng)過(guò)程中就不在需要形成二維臨界晶核，在螺型位錯(cuò)在界面上的露頭處便可提供一永不消失的臺(tái)階源。生長(zhǎng)特點(diǎn)：晶體層狀生長(zhǎng)，層與層間不是嚴(yán)格平行的生長(zhǎng)面，

呈連續(xù)過(guò)程

所謂位錯(cuò)是指晶體中一部分晶體相對(duì)另一部分晶體發(fā)生了一列或若干列原子有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。位錯(cuò)的類型有兩種即刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。

螺旋生長(zhǎng)理論spiralgrowth

螺型位錯(cuò)F.C.Frank,W.K.Burton等人提出。凹角螺旋生長(zhǎng)模型

螺旋生長(zhǎng)理論---晶面上的螺旋紋

粗糙突變界面生長(zhǎng)界面上到處是臺(tái)階和扭折，各處位能相同，而且生長(zhǎng)幾率也相同，既不需要二維成核，也不需要位錯(cuò)露頭點(diǎn)。大多數(shù)熔體生長(zhǎng)，有些溶液生長(zhǎng)，接近于熔點(diǎn)的氣相生長(zhǎng)，可以認(rèn)為是粗糙突變界面的生長(zhǎng)。第五節(jié)晶體生長(zhǎng)方法晶體生長(zhǎng)條件：（1）溫度要求：均勻（2）形核要求：?jiǎn)我痪Ш耍?）組成要求：均勻晶體生長(zhǎng)方法：（1）固相法；（2）溶液法；（3）熔體法；（4）助熔劑法；（5）氣相法晶體生長(zhǎng)方法溶液法：方法簡(jiǎn)單，生長(zhǎng)速度慢，晶體應(yīng)力小，均勻性好 降溫法 恒溫蒸發(fā)法 循環(huán)流動(dòng)法 溫差水熱法熔體法：生長(zhǎng)速度快，晶體的純度及完整性高 凝固析晶法 坩堝下降法 提拉法 泡生法 浮區(qū)法 焰熔法 助熔劑法 導(dǎo)模法氣相法：生長(zhǎng)速度慢，晶體純度高、完整性好，宜于薄膜生長(zhǎng) 升華法 反應(yīng)法 熱解法固相法：主要靠固體材料中的擴(kuò)散使非晶或多晶轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉?，由于擴(kuò)散速度小，不宜于生長(zhǎng)大塊晶體 高壓法、再結(jié)晶法固相法固體材料在一定的溫度、壓力范圍內(nèi)具有一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變前后，材料的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等性能可能會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化。如：碳 石墨結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)（超硬性能）BaTiO3 立方結(jié)構(gòu)四方結(jié)構(gòu)（壓電性）VO2 單斜結(jié)構(gòu)（半導(dǎo)體）

金紅石結(jié)構(gòu)（金屬）V2O3 單斜結(jié)構(gòu)（反鐵磁體）剛玉結(jié)構(gòu)（順磁體）

固－固法生長(zhǎng)晶體，主要是依靠在固體材料中的擴(kuò)散，使多晶或非晶轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉?。由于固體中的擴(kuò)散速率非常小，用此法難于得到大塊晶體。在晶體生長(zhǎng)中采用得不多。利用退火消除應(yīng)變的再結(jié)晶；（驅(qū)動(dòng)力來(lái)自應(yīng)變能）利用燒結(jié)生長(zhǎng)；（驅(qū)動(dòng)力來(lái)自晶界應(yīng)變能；晶粒表面自由能；不同取向晶粒的自由能差）借助多形性轉(zhuǎn)變生長(zhǎng)；（金剛石轉(zhuǎn)變）退玻璃化再結(jié)晶（局部再結(jié)晶）固相法溶液法原理：將原料（溶質(zhì)）溶解在溶劑中，采取適當(dāng)?shù)拇胧┰斐扇芤旱倪^(guò)飽和狀態(tài)，使晶體在其中生長(zhǎng)。優(yōu)點(diǎn)：晶體可在遠(yuǎn)低于其熔點(diǎn)的溫度下生長(zhǎng)。有許多晶體不到熔點(diǎn)就分解或發(fā)生不希望有的晶型轉(zhuǎn)變，有的在熔化時(shí)有很高的蒸汽壓（高溫下某種組分的揮發(fā)將使熔體偏離所需要的成分）。在低溫下使晶體生長(zhǎng)的熱源和生長(zhǎng)容器也較易選擇。降低粘度。有些晶體在熔化狀態(tài)時(shí)粘度很大，冷卻時(shí)不能形成晶體而成為玻璃。溶液法采用低粘度的溶劑可避免這一問(wèn)題。容易長(zhǎng)成大塊的、均勻性良好的晶體，且有較完整的外形。在多數(shù)情況下，可直接觀察晶體生長(zhǎng)過(guò)程，便于對(duì)晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的研究。缺點(diǎn)：組分多，影響晶體生長(zhǎng)的因素比較復(fù)雜，生長(zhǎng)速度慢，周期長(zhǎng)（一般需要數(shù)十天乃至一年以上）；對(duì)控溫精度要求高（經(jīng)驗(yàn)表明，為培養(yǎng)高質(zhì)量的晶體，溫度波動(dòng)一般不易超過(guò)百分之幾，甚至是千分之幾度。降溫法原理：利用晶體物質(zhì)較大的正溶解度溫度系數(shù)，將在一定溫度下配制的飽和溶液，于封閉的狀態(tài)下保持溶劑總量不變，而逐漸降低溫度，使溶液成為過(guò)飽和溶液，析出的溶質(zhì)不斷結(jié)晶在籽晶上。關(guān)鍵：在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中，掌握合適的降溫速度，使溶液始終處于亞穩(wěn)過(guò)飽和，并維持合適的過(guò)飽和度，使晶體正常生長(zhǎng)。適宜于降溫法生長(zhǎng)的幾種材料恒溫蒸發(fā)法在一定的溫度和壓力條件下，靠溶劑的不斷蒸發(fā)，使溶液達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，以析出晶體。這種方法適合于生長(zhǎng)溶解度較大而溶解度溫度系數(shù)又很小的物質(zhì)。關(guān)鍵：需要仔細(xì)控制蒸發(fā)量，使溶液始終處于亞穩(wěn)過(guò)飽和，并維持一定的過(guò)飽和度，使析出的溶質(zhì)不斷在籽晶上長(zhǎng)成單晶－由于溫度保持恒定，晶體的應(yīng)力較小。適宜于蒸發(fā)法生長(zhǎng)的幾種材料溫差水熱法利用溫度差產(chǎn)生過(guò)飽和溶液的一種方法。利用溶劑在高溫高壓下會(huì)增加對(duì)溶質(zhì)的溶解度和反應(yīng)速度的特性，用來(lái)生長(zhǎng)常溫常壓下不易溶解的晶體。這種方法可以用來(lái)生長(zhǎng)：紅寶石、氧化鋅、方解石、水晶以及一系列硅酸鹽、鎢酸鹽和石榴石等上百種晶體。水熱法的優(yōu)點(diǎn)：由于存在相變（如－SiO2）或會(huì)形成玻璃體（如由于粘滯度很高而使結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行得很慢的一些硅酸鹽），在熔點(diǎn)時(shí)不穩(wěn)定的結(jié)晶相；在接近熔點(diǎn)時(shí)，蒸氣壓高的材料（如氧化鋅）或要分解的材料（如VO2）；要求比熔體生長(zhǎng)的晶體有較高完整性的優(yōu)質(zhì)大晶體，或在理想配比困難時(shí)，要更好地控制成分的材料。缺點(diǎn)：需要特殊的高壓釜和安全防護(hù)措施；需要適當(dāng)大小的優(yōu)質(zhì)籽晶；整個(gè)過(guò)程不能觀察。熔體法許多物質(zhì)在常溫下是固體，當(dāng)溫度升到熔點(diǎn)以上時(shí)就熔化為液體。這種常溫下是固態(tài)的純物質(zhì)的液相稱為熔體。溶液和熔體，溶解和熔化，溶質(zhì)和溶劑有時(shí)很難嚴(yán)格區(qū)分。如：KNO3在少量水的存在下，在遠(yuǎn)低于其熔點(diǎn)的溫度下可化為液體，這樣形成的液體很難判斷是溶液還是熔體。如把它看成KNO3溶于水的溶液時(shí)，溶劑太少；如稱為水在KNO3中的溶液時(shí)不符合習(xí)慣的叫法。通常稱該體系為熔體，即KNO3“熔化”在少量的水中。從熔體中生長(zhǎng)晶體是制備大單晶和特定形狀的單晶最常用和最重要的一種方法。電子學(xué)、光學(xué)等現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用中所需的單晶材料，大部分是用熔體生長(zhǎng)方法制備的。如：Si、Ge、GaAs、LiNbO3、Nd:YAG、Al2O3等。硅單晶年產(chǎn)量約1x108Kg（即1萬(wàn)噸，1997年）提拉法（Czochralski法）合適的生長(zhǎng)條件：固液界面附近氣體和熔體中垂直和水平方向上的溫度梯度、旋轉(zhuǎn)速度和提拉速度等大部分用提拉法生長(zhǎng)的晶體，由于種種原因只能在高真空或密閉充保護(hù)氣氛的單晶爐內(nèi)生長(zhǎng)。優(yōu)點(diǎn)：便于精密控制生長(zhǎng)條件，可以較快速度獲得優(yōu)質(zhì)大單晶；可以使用定向籽晶，選擇不同取向的籽晶可以得到不同取向的單晶體；可以方便地采用“回熔”和“縮頸”工藝，以降低晶體中的位錯(cuò)密度，提高晶體的完整性；可以在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中直接觀察生長(zhǎng)情況，為控制晶體外形提供了有利條件缺點(diǎn)：一般要用坩堝作容器，導(dǎo)致熔體有不同程度的污染；當(dāng)熔體中含有易揮發(fā)物時(shí)，則存在控制組分的困難；不適合生長(zhǎng)冷卻過(guò)程中存在固態(tài)相變的材料下降法（Bridgman法）下降法與提拉法不同，它利用的是晶體的自發(fā)成核。其原理是依據(jù)晶體生長(zhǎng)中的幾何淘汰規(guī)律。優(yōu)點(diǎn)：原料密封在坩堝內(nèi)，減少了揮發(fā)造成的影響；操作簡(jiǎn)單，可以生長(zhǎng)大尺寸的晶體，可生長(zhǎng)的晶體品種多；易實(shí)現(xiàn)程序化生長(zhǎng)；由于每個(gè)坩堝中的熔體都可以單獨(dú)成核，這樣可以在一個(gè)結(jié)晶爐中同時(shí)放入若干個(gè)坩堝；或者在一個(gè)大坩堝里放入一個(gè)多孔的柱形坩堝，每個(gè)孔都可以生長(zhǎng)一塊晶體。共用一個(gè)圓錐底部進(jìn)行幾何淘汰，大大提高了成晶率和工作效率。缺點(diǎn)：不適宜生長(zhǎng)在冷卻時(shí)體積增大的晶體；與坩堝直接接觸，較大的內(nèi)應(yīng)力和較多的雜質(zhì)；難于直接觀察，生長(zhǎng)周期也較長(zhǎng)水平區(qū)熔法－PfannW.G.1952主要用于材料的物理提純。優(yōu)點(diǎn)：坩堝對(duì)熔體的污染小，加熱功率低。高純度的硅和鍺：純度8個(gè)9以上99.999999%浮區(qū)法－Keek、Golay，1953原理與水平區(qū)熔法相同。生長(zhǎng)的晶體和多晶原料棒之間的熔區(qū)是靠熔體的表面張力維持的。適宜生長(zhǎng)有較大表面張力和較低的熔態(tài)密度的材料。優(yōu)點(diǎn)：不需坩堝，污染??；