章硅鍺晶體生長

章硅鍺晶體生長演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有92頁\編輯于星期日（優(yōu)選）章硅鍺晶體生長現(xiàn)在是2頁\一共有92頁\編輯于星期日3-1晶體生長理論基礎(chǔ)晶體的形成方式：晶體是在物相轉(zhuǎn)變的情況下形成的。物相有三種，即氣相、液相和固相。由氣相、液相固相時形成晶體，固相之間也可以直接產(chǎn)生轉(zhuǎn)變。晶體生長方式分三大類：固相生長液相生長，包括溶液生長和熔體生長氣相生長現(xiàn)在是3頁\一共有92頁\編輯于星期日天然晶體的生長1．由氣相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵簭臍庀噢D(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟臈l件是要有足夠低的蒸氣壓。在火山口附近常由火山噴氣直接生成硫、碘或氯化鈉的晶體。雪花就是由于水蒸氣冷卻直接結(jié)晶而成的晶體。火山裂縫噴氣孔附近的自然硫沉積自然硫晶體現(xiàn)在是4頁\一共有92頁\編輯于星期日2.由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵?.從熔體中結(jié)晶,即熔體過冷卻時發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象，出現(xiàn)晶體；2.從溶液中結(jié)晶,即溶液達到過飽和時，析出晶體；3.水分蒸發(fā)，如天然鹽湖鹵水蒸發(fā)，鹽類礦物結(jié)晶出來；通過化學反應(yīng)生成難溶物質(zhì)。天然鹽湖鹵水蒸發(fā)珍珠巖現(xiàn)在是5頁\一共有92頁\編輯于星期日熔體中生長從熔體中結(jié)晶當溫度低于熔點時，晶體開始析出，也就是說，只有當熔體過冷卻時晶體才能發(fā)生。如水在溫度低于零攝氏度時結(jié)晶成冰；金屬熔體冷卻到熔點以下結(jié)晶成金屬晶體。

熔融結(jié)晶可生長純度高，體積大，完整性好的單晶體，而且生長速度快，是制取大直徑半導體單晶最主要的方法。(20070615)我國首臺12英寸單晶爐研制成功,所制備的硅單晶主要用于集成電路元件和太陽能電池。

現(xiàn)在是6頁\一共有92頁\編輯于星期日3．由固相變?yōu)楣滔啵?).同質(zhì)多相轉(zhuǎn)變，某種晶體在熱力學條件改變的時候，轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N在新條件下穩(wěn)定的晶體；石墨金剛石2).原礦物晶粒逐漸變大，如由細粒方解石組成的石灰?guī)r與巖漿接觸時，受熱再結(jié)晶成為由粗粒方解石組成的大理巖；細粒方解石大理巖現(xiàn)在是7頁\一共有92頁\編輯于星期日3．由固相變?yōu)楣滔啵?).固溶體分解，在一定溫度下固溶體可以分離成為幾種獨立礦物；4).變晶，礦物在定向壓力方向上溶解，而在垂直于壓力方向上結(jié)晶，因而形成一向延長或二向延展的變質(zhì)礦物，如角閃石、云母晶體等；5).由固態(tài)非晶質(zhì)結(jié)晶，火山噴發(fā)出的熔巖流迅速冷卻，固結(jié)成為非晶質(zhì)的火山玻璃，這種火山玻璃經(jīng)過千百年以上的長時間以后，可逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶質(zhì)。現(xiàn)在是8頁\一共有92頁\編輯于星期日晶體形成的熱力學條件課堂練習：參考課本圖3-1，從圖上直接說明氣-固相、固-液相轉(zhuǎn)變的條件。現(xiàn)在是9頁\一共有92頁\編輯于星期日晶體形成的熱力學條件從圖3-1可直接看出：氣-固相轉(zhuǎn)變條件：溫度不變，物質(zhì)的分壓大于其飽和蒸汽壓。壓力不變，物質(zhì)的溫度低于其凝華點。現(xiàn)在是10頁\一共有92頁\編輯于星期日晶體形成的熱力學條件從圖3-1可直接看出：固-液相轉(zhuǎn)變的條件：對熔體，壓力不變，物質(zhì)的溫度低于其熔點不能看出的條件：液-固相，對溶液，物質(zhì)的濃度大于其溶解度?，F(xiàn)在是11頁\一共有92頁\編輯于星期日概括來說，氣－固相變過程時，要析出晶體，要求有一定的過飽和蒸氣壓。液－固相變過程時，要析出晶體，要求有一定的過飽和度。固－固相變過程時，要析出晶體，要求有一定的過冷度。詳見課本3－1－1現(xiàn)在是12頁\一共有92頁\編輯于星期日晶核的形成

研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)晶過程是由成核與長大兩個過程所組成。結(jié)晶時首先在液體中形成具有某一尺寸（臨界尺寸）的晶核，然后這些晶核不斷凝聚液體中的原子而長大。形核過程和長大過程緊密聯(lián)系但又有所區(qū)別。現(xiàn)在是13頁\一共有92頁\編輯于星期日晶核的形成在母相中形成等于或超過一定臨界大小的新相晶核的過程稱為“成核”形成固態(tài)晶核有兩種方法，

1)均勻成核，又稱均質(zhì)成核或自發(fā)成核。

2)非均勻成核，又稱異質(zhì)成核或非自發(fā)成核?，F(xiàn)在是14頁\一共有92頁\編輯于星期日晶核的形成均勻成核：當母相中各個區(qū)域出現(xiàn)新相晶核的幾率相同，晶核由液相中的一些原子團直接形成，不受雜質(zhì)粒子或外來表面的影響，這種成核叫均勻形核，又稱均質(zhì)成核或自發(fā)成核現(xiàn)在是15頁\一共有92頁\編輯于星期日晶核的形成非均勻成核：若新相優(yōu)先在母相某些區(qū)域中存在的異質(zhì)處成核，即依附于液相中的雜質(zhì)或外來表面成核，則稱為非均勻成核。又稱異質(zhì)成核或非自發(fā)成核現(xiàn)在是16頁\一共有92頁\編輯于星期日氣相中的均勻成核在氣-固相體系中，氣體分子不停的做無規(guī)則的運動，能量高的氣子發(fā)生碰撞后再彈開，這種碰撞類似于彈性碰撞，而某些能量低的分子，可能在碰撞后就連接在一起，形成一些幾個分子(多為2個)組成的“小集團”，稱為“晶胚”?，F(xiàn)在是17頁\一共有92頁\編輯于星期日氣相中的均勻成核晶胚有兩種發(fā)展趨勢：1、繼續(xù)長大，形成穩(wěn)定的晶核；2、重新拆散，分開為單個的分子。現(xiàn)在是18頁\一共有92頁\編輯于星期日

晶體熔化后的液態(tài)結(jié)構(gòu)是長程無序的，但在短程范圍內(nèi)卻存在著不穩(wěn)定的接近于有序的原子集團，它們此消彼長，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)起伏或叫相起伏。液相中的均勻成核現(xiàn)在是19頁\一共有92頁\編輯于星期日

當溫度降到結(jié)晶溫度時，這些原子集團就可能成為均勻形核的“胚芽”，稱為晶胚；其原子呈晶態(tài)的規(guī)則排列，這就是晶核。液相中的均勻成核現(xiàn)在是20頁\一共有92頁\編輯于星期日經(jīng)典成核理論經(jīng)典成核理論又稱為均相成核理論，是基于熱力學的分析，其基本思想是把成核視為過飽和蒸汽或溶質(zhì)的凝聚。設(shè)兩個分子碰撞形成晶胚，從分子到晶胚的變化看成一個體系現(xiàn)在是21頁\一共有92頁\編輯于星期日經(jīng)典成核理論這個體系的吉布斯自由能的改變包括兩部分：1、氣相轉(zhuǎn)變?yōu)榫?固相)，體積減小，體積自由能減少，設(shè)體積自由能為△GV。2、晶胚的生成，會形成一個固氣界面，需要一定的表面能△GS。現(xiàn)在是22頁\一共有92頁\編輯于星期日經(jīng)典成核理論體系總能量△G的變化：

△總能量=△表面能+△體積自由能

△G=△GS+△GV現(xiàn)在是23頁\一共有92頁\編輯于星期日△G=△GS+△GV說明：1、固相表面，是從無到有，所以表面自由能△GS大于02、氣體分子的體積，從氣體到固體，體積減小，所以體積自由能降低，△GV小于0很多書將上式寫成：△G=△GS-△GV現(xiàn)在是24頁\一共有92頁\編輯于星期日σ為單位表面積的表面能，Δgv為形成單位體積晶胚的自由能改變量。表面自由能大于0，體積自由能小于0。假設(shè)晶核近似為球形，則有：總能量=表面能+體積自由能

=晶胚表面積×單位表面積的自由能+體積×單位體積的自由能改變量現(xiàn)在是25頁\一共有92頁\編輯于星期日課本3-11可寫成：表面能△GS與晶胚半徑r2

成正比，而體積自由能△GV與晶胚半徑r3成正比，體積自由能△GV比表面能△GS的變化快。現(xiàn)在是26頁\一共有92頁\編輯于星期日在晶胚生長初期，表面能△GS大于體積自由能△GV，二者之和為正，所以晶胚的體系自由能△G增大?，F(xiàn)在是27頁\一共有92頁\編輯于星期日因為△GV比表面能△GS的變化快，所以△G增加到極大值△G*后就會開始下降，與△G*

相對應(yīng)的晶胚半徑稱臨界半徑r*?，F(xiàn)在是28頁\一共有92頁\編輯于星期日此后，再隨著晶胚半徑r的增大，△G逐漸減小至0，此時對應(yīng)的晶胚半徑稱穩(wěn)定半徑r0。現(xiàn)在是29頁\一共有92頁\編輯于星期日當r<r*時，晶胚難以生成，消失的機率大于長大的機率。隨著r的增大，體系的自由能增加?，F(xiàn)在是30頁\一共有92頁\編輯于星期日當r<r*時，體系的自由能增加，晶胚難以生成，即消失的機率大于長大的機率。當r=r*時，體系自由能不再增大，晶胚長大的機率與消失的機率相等。當r>r*時，體積自由能占主導地位，r增大能使體系自由能降低。但如果r<r0

則體系的ΔG仍大于0，晶胚不穩(wěn)定。當r>r0時，隨著r的增大，ΔG減小，且ΔG<0，晶胚能穩(wěn)定長大成為晶核?，F(xiàn)在是31頁\一共有92頁\編輯于星期日按半徑的大小r*<r<r0的晶胚稱亞穩(wěn)晶核，r>r0的晶胚稱穩(wěn)定晶核，r=r*的晶胚稱臨界晶胚(核)。形核功：在臨界狀態(tài)下，成核必須提供1/3的表面能，這部分由外部提供的能量，稱形核功。根據(jù)課本3-13式：臨界狀態(tài)下的體系自由能臨界狀態(tài)下，體系自由能是其表面能的1/3，其余2/3被體積自由能的降低抵消，在臨界狀態(tài)下，成核必須提供這1/3的表面能?，F(xiàn)在是32頁\一共有92頁\編輯于星期日實際應(yīng)用：體系的過飽和度、過冷度越大，相應(yīng)的△GV就大，進而造成r*，△G*小。如要生長大的單晶，則希望r*盡可能的大，所以要求體系的過飽和度、過冷度盡可能的小。如要生長微晶，則希望r*盡可能的小，則要求體系的過飽和度、過冷度盡可能的大。現(xiàn)在是33頁\一共有92頁\編輯于星期日2.多個晶核生長1)成核率：單位體積，單位時間內(nèi)形成的晶核數(shù)

成長率：新相在單位時間內(nèi)線性增長值2)均勻成核速率：

兩個方面的因素過飽和度或過冷度越大，晶核形成速度越快粘度越大，晶核形成速度越慢現(xiàn)在是34頁\一共有92頁\編輯于星期日二非均勻成核(非自發(fā)成核)在體系中存在外來質(zhì)點(塵埃、固體顆粒、籽晶等)，在外來質(zhì)點上成核晶核依附于夾雜物的界面上形成。這不需要形成類似于球體的晶核，只需在界面上形成一定體積的球缺便可成核。非均質(zhì)形核過冷度ΔT*比均質(zhì)形核臨界過冷度ΔT小得多時就大量成核。非均勻成核有利的降低臨界過冷度，大大提高形核率。應(yīng)用：籽晶的加入現(xiàn)在是35頁\一共有92頁\編輯于星期日非均質(zhì)形核臨界晶核半徑與均質(zhì)形核完全相同。所以非均勻成核析晶容易進行aθ=0時，△G

非均＝0，雜質(zhì)本身即為晶核；

b180>θ>0時,△G

非<△G均,雜質(zhì)促進形核；

cθ=180時，△G

非＝△G均，雜質(zhì)不起作用。G*非均＝G*均f（）G*非均≤G*均f（）越小，非均勻成核的臨界形核功就越小，臨界過冷度就越小。f（）是決定非均勻成核的一個重要參數(shù)。現(xiàn)在是36頁\一共有92頁\編輯于星期日接觸角對成核位壘的影響?與θ的關(guān)系圖形現(xiàn)在是37頁\一共有92頁\編輯于星期日影響非均勻形核的因素a過冷度，過冷度越大，越容易成核b外來物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)：θ越小越有利。c外來物質(zhì)表面形貌：表面下凹有利。

凹面雜質(zhì)形核效率最高，平面次之，凸面最差?，F(xiàn)在是38頁\一共有92頁\編輯于星期日晶體生長的一般過程是先生成晶核，而后再長大。一般認為晶體從液相或氣相中的生長有三個階段：①介質(zhì)達到過飽和、過冷卻階段；②成核階段；③生長階段。關(guān)于晶體生長的有兩個理論：1.層生長理論；2.螺旋生長理論。當晶體生長不受外界任何因素的影響時，晶體將長成理想晶體，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)嚴格的服從空間格子規(guī)律，外形應(yīng)為規(guī)則的幾何多面體，面平、棱直，同一單形的晶面同形長大。實際上晶體在生長過程中，真正理想的晶體生長條件是不存在的，總會不同程度的受到復雜外界條件的影響，而不能嚴格地按照理想發(fā)育。現(xiàn)在是39頁\一共有92頁\編輯于星期日晶體長大的動力學模型層生長理論(KosselW.,1927)：在晶核的光滑表面上生長一層原子面時，質(zhì)點在界面上進入晶格“座位”的最佳位置是具有三面凹入角的位置。質(zhì)點在此位置上與晶核結(jié)合成鍵放出的能量最大。因為每一個來自環(huán)境相的新質(zhì)點在環(huán)境相與新相界面的晶格上就位時，最可能結(jié)合的位置是能量上最有利的位置，即結(jié)合成鍵時成鍵數(shù)目最多，放出能量最大的位置。完整突變光滑面生長模型現(xiàn)在是40頁\一共有92頁\編輯于星期日如圖：K為曲折面，有三角面凹入角，是最有力的生長部位；S是階梯面，具有二面凹入角的位置；A是最不利于生長的部位?，F(xiàn)在是41頁\一共有92頁\編輯于星期日此模型假定晶體是理想完整的，并且界面在原子層次上沒有凹凸不平的現(xiàn)象，固相與流體相之間是突變的，這顯然是一種非常簡單的理想化界面，與實際晶體生長情況往往有很大的差距（Kossel1927）晶體在理想情況下生長時，先長一條行列，然后長相鄰的行列；在長滿一層面網(wǎng)后，再開始長第二層面網(wǎng)；晶面（最外面的面網(wǎng)）是平行向外推移而生長的?，F(xiàn)在是42頁\一共有92頁\編輯于星期日晶體生長過程模擬現(xiàn)在是43頁\一共有92頁\編輯于星期日晶體常生長成面平、棱直的多面體形態(tài)。在晶體生長過程中，環(huán)境會有變化，不同時刻生成的晶體在物理性質(zhì)和成分等方面可能有細微的變化，因而在晶體的端面上常?？梢钥吹綆顦?gòu)造，晶面是平行向外推移生長的。由于晶面是平行向外推移生長的，所以同種礦物不同晶體上對應(yīng)晶面間的夾角不變。晶體由小長大，許多晶面向外平行移動的軌跡形成以晶體中心為頂點的錐狀體，稱為生長錐。層生長的特點：現(xiàn)在是44頁\一共有92頁\編輯于星期日（1）晶體常生長成為面平、棱直的多面體形態(tài)。（2）晶體中的環(huán)帶構(gòu)造石英的帶狀構(gòu)造

此結(jié)論可解釋如下一些生長現(xiàn)象藍寶石中的環(huán)帶現(xiàn)在是45頁\一共有92頁\編輯于星期日（3）同種晶體的不同個體，對應(yīng)晶面間的夾角不變。（4）某些晶體內(nèi)部的沙鐘構(gòu)造普通輝石的生長錐(a)和砂鐘狀構(gòu)造(b)

現(xiàn)在是46頁\一共有92頁\編輯于星期日層生長理論缺陷：當將這一界面上的所有最佳生長位置都生長完后，如果晶體還要繼續(xù)生長，就必須在這一平坦面上先生長一個質(zhì)點，由此來提供最佳生長位置。這個先生長在平坦面上的質(zhì)點就相當于一個二維核，形成這個二維核需要較大的過飽和度，但許多晶體在過飽和度很低的條件下也能生長，為了解決這一理論模型與實驗的差異，弗蘭克(Frank)于1949年提出了螺旋位錯生長機制。

現(xiàn)在是47頁\一共有92頁\編輯于星期日螺旋生長理論（FrankF.C.1949)：

在晶體生長界面上螺旋位錯露頭點所出現(xiàn)的凹角及其延伸所形成的二面凹角可作為晶體生長的臺階源，促進光滑界面上的生長?？山忉寣由L理論所不能解釋的現(xiàn)象，即晶體在很低溫的過飽和度下能夠生長的實際現(xiàn)象。位錯的出現(xiàn)，在晶體的界面上提供了一個永不消失的臺階源。位錯是晶體中的一維缺陷，它是在晶體某一列或若干列原子出現(xiàn)了錯位現(xiàn)象，即原子離開其平衡位置，發(fā)生有規(guī)律的錯動?，F(xiàn)在是48頁\一共有92頁\編輯于星期日形成螺旋位錯示意圖

在晶體生長過程中，由于雜質(zhì)或熱應(yīng)力的不均勻分布，在晶格內(nèi)產(chǎn)生力內(nèi)應(yīng)力，當此力超過一定限度時，晶格便沿某個面網(wǎng)發(fā)生相對剪切位移，位移截止處形成一條位錯線，即螺旋位錯。螺旋位錯的形成現(xiàn)在是49頁\一共有92頁\編輯于星期日晶體螺旋生長示意圖

質(zhì)點先落在凹角處。隨著晶體的生長，凹角不會隨質(zhì)點的堆積而消失，僅僅是凹角隨質(zhì)點的堆積而不斷地螺旋上升，導致整個晶面逐層向外推移?，F(xiàn)在是50頁\一共有92頁\編輯于星期日模型認為晶體是理想不完整的，其中必然會存在一定數(shù)量的位錯，如果一個純螺型位錯和一個光滑的奇異相面相交，在晶面上就會產(chǎn)生一個永不消失的臺階源，在生長過程中，臺階將逐漸變成螺旋狀，使晶面不斷向前推移。螺旋生長過程模擬現(xiàn)在是51頁\一共有92頁\編輯于星期日螺旋狀生長與層狀生長不同的是臺階并不直線式地等速前進掃過晶面，而是圍繞著螺旋位錯的軸線螺旋狀前進。隨著晶體的不斷長大，最終表現(xiàn)在晶面上形成能提供生長條件信息的各種各樣的螺旋紋?，F(xiàn)在是52頁\一共有92頁\編輯于星期日SiC晶體表面的生長螺旋紋

印度結(jié)晶學家弗爾麻(verma，1951)對SiC晶體表面上的生長螺旋紋及其他大量螺旋紋的觀察，證實了這個理論在晶體生長過程中的重要作用。石墨底面上的生長螺紋現(xiàn)在是53頁\一共有92頁\編輯于星期日

晶體生長所形成的幾何多面體外形，是由所出現(xiàn)晶面的種類和它們的相對大小來決定的。哪種類型的晶面出現(xiàn)及晶面的大小，本質(zhì)上受晶體結(jié)構(gòu)所制，遵循一定規(guī)律。

1、布拉維法則

2、居里－吳里佛原理

3、周期鍵鏈理論3-1-4晶體的外形現(xiàn)在是54頁\一共有92頁\編輯于星期日1．布拉維法則

早在1885年，法國結(jié)晶學家布拉維從晶體具有空間格子構(gòu)造的幾何概念出發(fā)，論述了實際晶面與空間格子構(gòu)造中面網(wǎng)之間的關(guān)系。布拉維法則：實際晶體往往為面網(wǎng)密度大的晶面所包圍晶面生長速度：晶面在單位時間內(nèi)沿其法線方向向外推

移的距離現(xiàn)在是55頁\一共有92頁\編輯于星期日結(jié)論：面網(wǎng)密度大—面網(wǎng)間距大—對生長質(zhì)點吸引力小—生長速度慢—在晶形上保留面網(wǎng)密度小—面網(wǎng)間距小—對生長質(zhì)點吸引力大—

生長速度快—消失ABCD132圖釋：面網(wǎng)密度AB>CD>BCa＞b生長速度：AB<DC<BC現(xiàn)在是56頁\一共有92頁\編輯于星期日布拉維法則圖解現(xiàn)在是57頁\一共有92頁\編輯于星期日缺點：1.布拉維所依據(jù)的僅是由抽象的結(jié)點所組成的空間格子，而非真實的晶體結(jié)構(gòu)。2.只考慮了晶體的本身，而忽略了生長晶體的介質(zhì)條件。因此，在某些情況下可能會與實際情況產(chǎn)生一些偏離。因此，某種晶體雖然有其習見形態(tài)，但也可以出現(xiàn)其他形態(tài)。例如螢石，可以是立方體，也可以是八面體?，F(xiàn)在是58頁\一共有92頁\編輯于星期日2．居里—吳里夫原理1885年居里(P．Curie)指出，在溫度、晶體體積一定時，晶體生長的平衡態(tài)應(yīng)具有最小的表面能?，F(xiàn)在是59頁\一共有92頁\編輯于星期日

居里－吳里弗原理：對于平衡形態(tài)而言，晶面的生長速度與晶面的表面能成正比1901年吳里弗進一步擴展了居里原理。優(yōu)點：從表面能出發(fā)，考慮了晶體和介質(zhì)兩個方面。但是由于實際晶體常都未能達到平衡形態(tài)，從而影響了這一原理實際應(yīng)用?，F(xiàn)在是60頁\一共有92頁\編輯于星期日3．周期鍵鏈(PBC)理論

從晶體結(jié)構(gòu)的幾何特點和質(zhì)點能量兩方面來探討晶面的生長發(fā)育。

此理論認為在晶體結(jié)構(gòu)中存在一系列周期性重復的強鍵鏈，其重復特征與晶體中質(zhì)點的周期性重復相一致，這樣的強鍵鏈稱為周期鍵鏈?，F(xiàn)在是61頁\一共有92頁\編輯于星期日FFFSSSKF面：形成一個強鍵，放出較少鍵能，生長速度慢S面：形成兩個強鍵，放出鍵能高于F面，生長速度比F面快K面：形成三個強鍵，放出鍵能最多，生長速度最快結(jié)論：強鍵越少，晶面生長速度慢，越容易成為主要晶面現(xiàn)在是62頁\一共有92頁\編輯于星期日影響晶體生長的外部因素1.渦流

由于溶質(zhì)的析出和結(jié)晶潛熱的釋放，在生長晶體周圍，溶液的密度相對下降，導致溶液上向移動，稍遠處的溶液補充進來由此形成渦流。渦流使生長晶體的物質(zhì)供應(yīng)不均勻。現(xiàn)在是63頁\一共有92頁\編輯于星期日

溫度的變化直接導致了過飽和度或過冷卻度的變化，相應(yīng)的改變了晶面的比表面能及不同晶面的相對生長速度，影響晶體形態(tài)。

(2)溫度

例如，方解石（CaCO3）晶體在溫度較高時，呈扁平形態(tài)；地表常溫下則長成細長晶體?，F(xiàn)在是64頁\一共有92頁\編輯于星期日（3）雜質(zhì)

溶液中雜質(zhì)常選擇性的吸附在某種晶面上。雜質(zhì)的存在可以改變晶體上不同晶面的相對生長速度,從而影響晶體形態(tài)?，F(xiàn)在是65頁\一共有92頁\編輯于星期日（4）介質(zhì)粘度

粘度的加大，影響物質(zhì)的運移和供給。由于晶體的棱和角部分比較容易接受溶質(zhì)，生長得較快，晶面的中心生長得慢，甚至完全不長，從而形成骸晶。石鹽的骸晶現(xiàn)在是66頁\一共有92頁\編輯于星期日５.各組分的相對濃度對于化合物晶體，當介質(zhì)中各組分的相對濃度發(fā)生變化時，會導致晶面生長速度的相對變化，從而影響晶形。

介質(zhì)富Al2O3

介質(zhì)富Y2O3釔鋁榴石（Y3Al5O12）的晶形現(xiàn)在是67頁\一共有92頁\編輯于星期日提拉法：在一定的溫度場、提拉速度和旋轉(zhuǎn)速度下，熔體通過籽晶生長，形成一定尺寸的單晶。制取許多單晶材料，例如半導體材料單晶硅(Si)、鍺(Ge)以及人造的藍寶石和紅寶石等。人工合成晶體現(xiàn)在是68頁\一共有92頁\編輯于星期日晶體生長過程實例大致過程：多晶料的合成，晶體生長,晶體出爐。提拉法生產(chǎn)晶體設(shè)備

現(xiàn)在是69頁\一共有92頁\編輯于星期日1、多晶料的合成化學原料除潮（保證配料準確，去除所吸水分）原料稱量（按化學反應(yīng)比）混料（為使各成分間反應(yīng)完全，需長時間攪拌）燒料（混料在一定溫度燒結(jié)，反應(yīng)形成多晶料）壓料（油壓機壓制成緊密塊體）二次燒結(jié)（形成較純的多晶料）物相判定（判定成分，特別是新晶體）現(xiàn)在是70頁\一共有92頁\編輯于星期日干燥稱量混料燒結(jié)壓料物相分析現(xiàn)在是71頁\一共有92頁\編輯于星期日2、籽晶準備一般來說，結(jié)構(gòu)和成分與結(jié)晶物質(zhì)相同或相似的晶體中取其中任意部分都可作為籽晶。制作好的籽晶大多安放在白金絲或白金棒上。現(xiàn)在是72頁\一共有92頁\編輯于星期日3、晶體生長裝爐（多晶料裝填在坩鍋內(nèi)，放入提拉爐，用保溫材料密封）上籽晶（籽晶裝在籽晶桿上，并固定在提拉桿上）化料（升溫到特定溫度，多晶料熔融）下種（降低提拉桿，使籽晶接觸熔融體表面）提拉（收頸、放肩、等徑、收尾等）出爐（降溫至室溫）現(xiàn)在是73頁\一共有92頁\編輯于星期日提拉爐裝料上籽晶出爐現(xiàn)在是74頁\一共有92頁\編輯于星期日晶體圖片LGSLN現(xiàn)在是75頁\一共有92頁\編輯于星期日思考題1、晶體成核的驅(qū)動力是什么？2、層生長理論的內(nèi)容，用層生長理論解釋相關(guān)生長現(xiàn)象。3、布拉維法則的內(nèi)容，并結(jié)合圖進行解釋。4、影響晶體生長的外因有哪些？現(xiàn)在是76頁\一共有92頁\編輯于星期日3-3硅、鍺單晶的生長獲得單晶的條件

1、在金屬熔體中只能形成一個晶核。

2、固—液界面的熔體應(yīng)處于過熱狀態(tài)，結(jié)晶過程的潛熱只能通過生長著的晶體導出，即單向凝固方式。

3、固—液界面不允許有大的過冷度，盡量達到平衡。

在滿足上述條件下，適當?shù)乜刂乒獭航缑嫒垠w的溫度和晶體生長速率，可以得到高質(zhì)量的單晶體?，F(xiàn)在是77頁\一共有92頁\編輯于星期日工藝直徑純度少數(shù)截流子壽命電阻率位錯密度用途現(xiàn)在是78頁\一共有92頁\編輯于星期日坩堝直拉法（CZ）的優(yōu)點是，可拉制大直徑和高摻雜低阻單晶。缺點是由于熔硅與石英坩堝（SiO2）熔接以及石墨的污染，將使大量的O、C及金屬雜質(zhì)進入硅單晶，故CZ法不能制備高阻單晶。無坩堝區(qū)熔法（FZ）采用高頻感應(yīng)加熱，通過熔區(qū)移動生長單晶，由于工藝不接觸石英坩堝（SiO2）和石墨加熱，可拉制高純度、長壽命單晶。缺點是單晶摻雜極為困難?，F(xiàn)在是79頁\一共有92頁\編輯于星期日直拉單晶制造法（喬赫拉爾斯基法，Czochralski，CZ法）溶體晶種單晶光圈位置坩堝壁現(xiàn)在是80頁\一共有92頁\編輯于星期日制備時把晶種微微的旋轉(zhuǎn)向上提升，熔體中的硅原子會在前面形成的單晶體上繼續(xù)結(jié)晶，并延續(xù)其規(guī)則的原子排列結(jié)構(gòu)。拉晶開始，先引出一段直徑為3～5mm，有一定長度的細頸，以消除結(jié)晶位錯，這個過程叫做縮頸（引晶）。現(xiàn)在是81頁\一共有92頁\編輯于星期日直拉法工藝流程爐體、籽晶、硅多晶，摻雜劑，石英坩堝清潔處理裝爐抽真空（或通保護氣體加熱熔化潤晶（下種）縮頸（引晶）放肩等徑生長降溫出爐性能測試將籽晶放入溶液中為消除位錯而拉出的一小段細晶體將細晶體的直徑放粗至所要求的直徑現(xiàn)在是82頁\一共有92頁\編輯于星期日區(qū)熔法區(qū)熔法分為水平區(qū)熔法和懸浮區(qū)熔法（floatzonemethod，簡稱FZ法）兩種。區(qū)熔多晶硅過程中分凝系數(shù)小的雜質(zhì)有一定的提純作用﹐但對分凝系數(shù)大的雜質(zhì)如硼則不起作用。由于熔融的硅有較大的表面張力和小的密度，所以懸浮區(qū)熔法正是依靠其表面張力支持正在生長的單晶的熔區(qū)。由于加熱溫度不受坩堝熔點限制，因此可以用來生長熔點高的材料，如單晶鎢等現(xiàn)在是83頁\一共有92頁\編輯于星期日區(qū)熔工藝流程多晶硅棒預熱熔融成半球熔接籽晶縮頸放肩收肩