单晶制备
单晶制备方法范文
单晶制备方法范文单晶制备是一种重要的晶体制备方法，用于制备高纯度、大尺寸和高质量的单晶材料。
本文将介绍几种常见的单晶制备方法。
1.熔融法熔融法是制备单晶材料最常用的方法之一、该方法首先将原料粉末加入坩埚中，通过加热坩埚使其熔化。
然后，将熔融体缓慢冷却，使其中的原子或分子有足够的时间重新排列成为有序的晶体结构。
最后，通过剖析、切割或溶解等方法得到单晶。
2.水热法水热法是通过在高温高压的水环境中进行晶体生长的方法。
该方法通常使用混合溶液，将试样和溶剂一起装入高压釜中。
随着温度升高和压力增加，试样溶解，晶体逐渐从溶液中生长。
通过控制温度、压力和溶液成分，可以实现单晶的生长。
3.气相输运法气相输运法是通过在高温气氛中使试样在晶界和界面扩散的方法。
首先，将原料制成粉末，然后将粉末放入烧结体中，在高温下加热。
粉末在高温气氛中扩散，形成晶体生长的条件。
最终得到单晶。
4.化学气相沉积法化学气相沉积法是通过在合适的气氛中，使气态反应物沉积到衬底表面上形成单晶的方法。
该方法通常使用低温和大气压或低气压条件下进行。
通常先将衬底加热到合适的温度，然后通过输送反应气体，使气体中的原子或分子在衬底表面沉积，并逐渐形成单晶。
5.溶液法溶液法是通过在适当的溶剂中将试样溶解并逐渐冷却结晶得到单晶的方法。
溶解试样后，通过逐渐控制溶液的温度和溶剂挥发的速度，使溶液中的试样逐渐结晶为单晶。
溶液法适用于生长一些不易用其他方法制备的化合物单晶。
总结单晶制备方法相对复杂，需要仔细选择适合的方法和条件。
除了以上几种常见的方法外，还有其他一些专用的单晶制备方法，例如激光熔融法、分子束外延法等。
单晶制备方法的选择要考虑材料的物化性质、成本和实际需求等因素。
单晶的制备对于材料科学研究和器件制造都具有重要的意义。
单晶制备方法综述
单晶制备方法综述单晶制备是一种制备高质量单晶材料的方法，其单晶结构具有高度的有序性和完整度，具有优异的光学、电学和磁学性能，被广泛应用于光电子、半导体器件、光学器件等领域。
本文将综述几种常用的单晶制备方法。
一、卤素热解法卤素热解法是一种基于卤化物的单晶制备方法。
通常采用溶液法得到溶液，再通过卤素热解使其结晶得到单晶。
这种方法制备单晶材料成本低、效率高，被广泛应用。
例如，用氯化钙和硫酸钾溶液制备氯化钡单晶。
二、溶液法溶液法是一种常见的单晶制备方法，通过溶解物质使其达到过饱和状态，再缓慢降温结晶得到单晶。
这种方法适用于许多无机和有机物质的制备。
例如，用硫酸铈和硝酸铈溶液制备铈酸铈单晶。
三、气相输运法气相输运法是利用气相中的化合物在特定的温度和压力下进行热分解、制备单晶材料。
该方法适用于高熔点、低挥发度的物质。
例如，用二氧化钛和氧气气氛在高温下热分解制备二氧化钛单晶。
四、激光熔融法激光熔融法是利用激光束对材料进行局部加热，使其熔化并在快速冷却过程中形成单晶结构。
这种方法可以制备多组分复合材料和高温高压条件下的单晶材料。
例如，用激光束对熔融硅进行快速凝固制备硅单晶。
五、浸渍法浸渍法是将待制备的单晶物质放入溶液中，通过化学反应或溶液中的成分沉积形成单晶。
该方法可以制备各种复杂结构和复合材料的单晶。
例如，用溶液浸渍法制备钛氧化物纳米线单晶。
六、气相沉积法气相沉积法是通过在基底上以气相形式沉积制备单晶薄膜。
该方法具有高纯度、均匀性好和控制性较高等优点，广泛应用于薄膜材料的制备。
例如，用有机金属气相沉积法制备锗硅单晶薄膜。
七、Zone Melting法Zone Melting法是一种通过电熔和定向凝固制备单晶材料的方法。
在电熔过程中，选定的样品会被部分熔化，然后通过固体-液体界面的移动形成单晶结构。
该方法可以制备大面积的单晶材料。
例如，用Zone Melting法制备硅单晶。
综上所述，单晶制备方法种类繁多，每种方法适用于不同类型的材料和特定的应用领域。
单晶材料的制备
3.在液氮温度附近冷辊轧，然后在640℃退火10s， 并在水中淬火，得到用于再结晶的铝，此时样品 还有2mm大小晶粒和强烈的织构，再通过一温度梯 度退火，然后加热至640℃，可得到约1m长的晶体。
4.采用交替施加应变和退火的方法，可得到宽 2.5cm的高能单晶铝带，使用的应变缺乏以使新晶 粒成核，退火温度为650℃。
晶体生长的目的之一是制备成分准确，尽可能无杂质、无缺陷(包括 晶体缺陷)的单晶体。
晶体生长是一种技艺，也是一门正在迅速开展的科学。
国际上——结晶学 萌芽于17世纪 丹麦学者 晶面角守恒定律
晶体生长大局部工作是从20世纪初期才开始的 1902年 焰熔法 1905年 水热法 1917年 提拉法 1952年 Pfann 开展了区熔技术
四、烧结生长
烧结这个词通常仅用于非金属中晶粒的长大。 烧结就是加热压实的多晶体。
烧结时晶粒长大的推动力主要是由以下因素引 起的：
(1)剩余应变。 (2)取向效应。 (3)晶粒维度效应。〔即利用晶粒大小的差作为
实例：应变退火法制备铝单晶
背景
用应变退火法仔细制备的单晶缺陷较少。由于 铝的堆垛层错能和孪晶晶界能都高，应变退火 法有助于制备无孪生的晶体。取向差小的铝晶 体一般是用应变退火法制备的。
应变退火法制备铝单晶的工艺
1.先在550℃使纯度为99.6%的铝退火，以消 除应变的影响并提供大小符合要求的晶粒， 再使无应变的晶粒较细的铝变形以产生 1%~2%d 的应变，然后将温度从450℃升至 550 ℃ ，按25/d的速度退火。最后在600℃ 退火1h。〔假设初始的晶粒尺寸在0.1mm时， 效果特别好。〕
1、固—固生长方法
单晶制备
单晶制备的常用方法溶剂, 单晶, 冰箱, 橡胶, 制备有以下两种方法较常用：1) 挥发溶剂法：将纯的化合物溶于适当溶剂或混和溶剂。
(理想的溶剂是一个易挥发的良溶剂和一个不易挥发的不良溶剂的混和物。
)此溶液最好稀一些。
用氮/氩鼓泡除氧。
容器可用橡胶塞(可缓慢透过溶剂)。
为了让晶体长得致密，要挥发得慢一些，溶剂挥发性大的可置入冰箱。
大约要长个几天到几星期吧。
2) 扩散法：在一个大容器内置入易挥发的不良溶剂(如戊烷、已烷)，其中加一个内管，置入化合物的良溶剂溶液。
将大容器密闭，也可放入冰箱。
经易挥发溶剂向内管扩散可得较好的晶体。
时间可能比挥发法要长。
另外如果这一化合物是室温反应得到，且产物比较单一，溶解度较小，可将反应物溶液分两层放置，不加搅拌，令其缓慢反应沉淀出晶体。
容易结晶的东西放在那里自己就出单晶，不容易结晶的怎么弄也是不出。
好象不是想做就能做出来的。
首先看一下产物的溶解度，将产物抽干后用良性溶剂溶解成饱和溶液（如用二氯甲烷），然后加入相同体积的不良性溶剂，若产物不稳定应在惰性气体的保护下进行操作，完成后置于冰箱中冷冻至单晶析出，或直接用惰性气体鼓泡直至单晶析出。
（应缓慢。
3) 还可以这样：在大烧杯里放一个小烧杯，小烧杯里放良溶剂和要结晶的物质，大烧杯里放易挥发的不良溶剂，把大烧杯密封，放于室温即可。
4) 还可以这样：在比色管中先用一种溶剂溶解产物,在慢慢地加入另一种溶解性小的溶剂,密封,会较快长出晶体.5) 讨论晶体的生长是一个动力学过程，由化合物的内因（分子间色散力偶极力及氢键）与外因（溶剂极性、挥发或扩散速度及温度）决定。
晶体的培养实质是一个饱和溶液的重结晶过程，使溶液慢慢饱和的方法（如溶液挥发、不良溶剂的扩散及温度的降低）都可。
如1)所言，有些化合物易结晶，经常有人将无机盐晶体去检测的例子（无机盐易结晶）。
3)法可用小试管代，对于用量少的化合物；核磁管也是一个好方法；水热法及溶剂热法常可得到一些怪异的晶体，可发好文章啊！。
《如何制备单晶》课件
# 如何制备单晶
什么是单晶
单晶是由具有完整晶格结构的原子或分子组成的固体材料。它们具有高度的结晶性和均匀性，通常表现为确定 的外形和可重复的性质。
制备单晶的方法
液相法
液相法是将溶剂和溶质中的某些成分充分混合，通过控制温度和浓度，使溶液中的晶核成长 为完整的单晶。
气相法
气相法是通过将气体中的物质在特定条件下沉积到衬底上，形成单晶。常用的气相法有化学 气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）。
of Functional Materials. Advanced Materials, 30(28), 1704681. 3. Li, Z., & Yu, L. (2019). Recent Advances in Maskless Patterning of
Emerging Two-Dimensional Materials toward Mechanically Flexible Electronies, 4(12), 1900695.
熔块法
熔块法是将物质加热至熔点后迅速冷却，形成单晶。这种方法常用于金属和合金的制备。
熔盐电解法制备单晶的步骤
1
第一步：准备试样
选择适当纯度的原料，进行加工和制备符
第二步：制备熔盐
2
合要求的试样。
选择合适的熔盐，根据所需单晶材料的性
质和要求进行配制。
3
第三步：制备电池
将试样和熔盐放入电解池中，构建电解电
结论
通过不同的制备方法和步骤，可以制备出高质量和纯度的单晶材料。选择适 当的制备方法对于研究和应用具有重要意义。
参考文献
1. Smith, J. (2020). Single Crystal Growth Techniques. Wiley Online Library. 2. Zhang, Y., & Wang, X. (2018). Advances in Single Crystal Growth
单晶制备方法综述
单晶制备方法综述单晶是指物质中具有高度有序排列的晶体，具有优异的物理、化学和电学性能。
单晶制备是实现高性能材料研制和工业应用的重要一环。
本文将综述几种常见的单晶制备方法。
1.液相生长法：液相生长法是最常见的单晶制备方法之一、它基于溶剂中溶解度随温度变化的规律，利用溶剂中存在过饱和度来实现晶体生长。
在溶液中加入适量的晶种或原料，通过恒温、搅拌等条件控制溶液中的过饱和度，使得晶体在液相中逐渐生长。
液相生长法具有适用范围广、成本低廉、晶体尺寸可控等优点，被广泛应用于多种单晶材料的制备。
2.熔体法：熔体法是通过将材料加热至高温使其熔化，然后再进行快速冷却来制备单晶。
熔体法适用于熔点较高的材料，如金属和铁电材料等。
具体实施时，将原料加热至熔点以上，然后迅速冷却至晶体生长温度，通过控制冷却速率和成核条件等参数，使得材料在熔体状态下形成单晶。
熔体法制备的单晶具有高纯度、低缺陷密度等特点。
3.化学气相沉积法（CVD）：化学气相沉积法是将气体、液体或固体混合物送入反应器中，通过化学反应生成气体中的原子或离子，然后在合适的衬底上生长晶体。
CVD法的主要控制参数包括反应原料、反应条件和衬底选择等，通过优化这些参数可以得到高质量的晶体。
CVD法适用于制备半导体晶体、薄膜和光纤等材料。
4.硅热法：硅热法是指通过将石英管内的硅砂与待制备材料在高温下反应，生成有机金属气体，通过扩散至冷却区域后与基片上的晶种接触形成晶体。
硅热法制备的单晶一般适用于高温超导材料、稀土金属等。
5.水热法：水热法是指在高温高压的水热条件下，利用溶液中溶质的溶解度、晶种和反应物之间的反应动力学及溶质活度等热力学因素来实现晶体生长。
水热法适用于很多无机非金属单晶材料的制备，如氧化物、硅酸盐等。
水热法可以自主调控晶体形貌和尺寸等物理性能。
综上所述，单晶制备方法涵盖了液相生长法、熔体法、化学气相沉积法、硅热法和水热法等多种方法。
不同的方法适用于不同的材料，通过合理选择和控制制备条件，可以得到高质量、尺寸可控的单晶材料，应用于各个领域的研究和应用。
单晶材料的制备方法介绍
单晶材料的制备方法介绍单晶材料，指的是具有完全单一晶体结构的材料，其晶粒呈现为整体性完整的晶体。
这种材料的制备方法包括单晶增长法、气相转化法和物理气相沉积法等。
下面将对这些方法进行详细的介绍。
（一）单晶增长法单晶增长法是目前制备单晶材料最常用的方法之一、其主要原理是通过液相或气相中的原料溶液或气体在晶体表面上沉积，并利用材料的热和质量迁移，使晶体逐渐增长，最终形成单晶。
1.液相法液相法是一种常见的制备单晶材料的方法。
其主要过程包括晶种的培养、溶液配制、溶解和淬火等步骤。
首先，选择一个适合的晶种，在高温下使晶种与溶液接触，晶种逐渐增大。
然后，配制溶液，将材料溶解于溶剂中，形成适合生长晶体的溶液。
接下来，将晶种放入溶液中，通过控制温度和溶液浓度等参数，晶体逐渐从溶液中生长出来。
最后，取出晶体并进行淬火处理，使其冷却到室温。
2.气相法气相法是一种通过蒸发气体使晶体逐渐生长的方法。
其主要过程包括晶种选择、反应气体制备、晶种遗忘和生长阶段等步骤。
首先，选择一个合适的晶种，将其放入反应器中。
然后，制备反应气体，根据晶体材料的要求选择适当的气体进行气相反应。
接下来，将反应气体通过外部加热的方式在晶体表面进行蒸发，晶体逐渐生长。
最后，取出晶体并进行后续处理。
（二）气相转化法气相转化法是一种通过气体中的化学反应在晶体表面上形成单晶的方法。
其主要过程包括原料选择、反应条件控制、晶体生长和后续处理等步骤。
首先，选择适合的原料，在高温高压下使其在气氛中发生化学反应。
然后，通过控制反应条件，使得反应物在晶体表面发生转化反应，逐渐形成单晶。
接下来，将晶体取出并进行后续处理，例如清洗和退火等。
（三）物理气相沉积法物理气相沉积法是一种利用物理沉积技术制备单晶材料的方法。
其主要过程包括蒸发源制备、蒸发和沉积等步骤。
首先，制备一个蒸发源，将所需材料放入蒸发源中。
然后，通过加热蒸发源，使其产生气态物质。
接下来，将气态物质从蒸发源中输送到晶体表面，通过沉积在晶体表面上，逐渐形成单晶。
单晶的制备方法
单晶的制备方法1. 背景介绍单晶是指具有一种晶体结构的无缺陷结晶体，在材料科学和工程领域有着广泛的应用。
单晶材料的制备方法至关重要，它决定了单晶材料的质量和性能。
在制备单晶材料时，主要考虑以下几个方面： - 选择适合的晶体生长技术； - 控制合适的晶体生长条件； - 优化晶体生长过程，减少缺陷形成。
本文将介绍几种常用的单晶制备方法，以及它们的特点和适用范围。
2. 单晶制备方法2.1 液相生长法液相生长法是制备单晶最常用的方法之一。
它是在高温熔体中通过控制温度梯度和溶质浓度梯度，使晶体的生长方向取向一致，最终形成单晶。
液相生长法的步骤如下： 1. 准备高纯度的原料，并按一定比例溶解在适当的溶剂中，形成熔体。
2. 在高温熔体中加入适量的晶种，以提供初始的晶体结构。
3. 控制温度梯度和溶质浓度梯度，使高纯度的晶体沉积在晶种上。
4. 通过控制晶体生长时间和温度，使单晶逐渐增大。
5. 最终将单晶从熔体中取出，冷却，进行后续处理。
液相生长法可以用于制备多种单晶材料，如硅、锗、溴化铯等。
2.2 气相生长法气相生长法是通过气体相化学反应，使气体中的原子或分子在晶体表面沉积，从而形成单晶。
气相生长法的步骤如下： 1. 准备高纯度的气相原料，如金属卤化物、金属有机化合物等。
2. 将气体原料通过加热，转化为对应的气态中间产物。
3. 通过控制反应温度和气体流速，使气态中间产物在晶体表面沉积。
4. 晶体表面上的中间产物继续反应，形成单晶。
5. 最终将单晶从反应器中取出，冷却，进行后续处理。
气相生长法适用于制备高纯度、高温下稳定的单晶材料，如碳化硅、氮化镓等。
2.3 熔体法熔体法是一种通过将固体材料熔化，然后迅速冷却使其凝固形成单晶的方法。
熔体法的步骤如下： 1. 准备高纯度的原料，并按一定比例混合。
2. 将原料加热至熔点以上，使其熔化。
3. 迅速冷却熔体，使其迅速凝固。
4. 在合适的条件下，使晶体生长方向与凝固界面平行，从而形成单晶。
单晶材料的制备方法介绍
单晶材料的制备方法介绍1. Czochralski法（CZ法）：CZ法是制备单晶材料最常用的方法之一、该方法适用于硅、锗等半导体材料的制备。
首先，将纯度较高的多晶材料放入石英坩埚中，加热至熔融状态。
然后，悬挂一根称为“种子”的单晶材料，在熔融液与种子的接触面上形成一层新的单晶材料。
接着，将种子缓慢提升，使新生长的单晶材料通过熔液与种子的接触面向上生长。
最终，可以获得一颗完整的单晶材料。
2.化学气相输送法（CVD法）：CVD法适用于制备金属、氧化物、氮化物等材料的单晶。
该方法需要使用金属有机化合物或氯化物等作为前体物质，以气体状态输送到反应室中。
在反应室中，前体物质被加热分解，产生含有金属元素或其化合物的气体。
随后，这些气体在合适的温度和压力下与基底反应，形成单晶生长。
3. 溶剂热法（Solvothermal法）：溶剂热法适用于制备氧化物、硫化物、硒化物等材料的单晶。
首先，在一个封闭的反应容器中，将反应物溶解在有机溶剂或水溶液中。
然后，将反应容器加热到合适的温度和压力，通过溶剂的溶解度变化促进物质的结晶。
最终，在反应容器中可以得到单晶材料。
4. 浸渍法（Dip Coating法）：浸渍法适用于制备薄膜的单晶材料。
首先，将基底材料浸入含有单晶前体物质的溶液中。
然后，缓慢提取基底材料，使溶液中的单晶前体物质逐渐沉积在基底上形成薄膜。
这个过程可以重复进行多次，以增加薄膜的厚度。
最后，通过热处理等方法使薄膜结晶，形成单晶材料。
5. 悬浮法（Floating Zone法）：悬浮法适用于制备高熔点材料的单晶。
首先，将反应材料加热至熔融状态。
然后，使用高温电子束或激光束加热材料，在熔液中形成一个高温区域。
在高温区域内，材料逐渐凝固并形成单晶。
通过慢慢移动高温区域，可以得到一颗完整的单晶材料。
以上是几种常用的单晶材料制备方法的简要介绍。
在实际制备过程中，需要结合具体的材料和要求来选择适合的方法，并对工艺参数进行优化，以获得高质量的单晶材料。
单晶材料制备方法介绍
单晶材料制备方法介绍单晶材料是指具有完整晶体结构、没有晶界和晶粒边界的材料。
由于其具有优异的物理性质和机械性能，在许多领域有广泛的应用，如半导体器件、激光器、光学元件等。
在本文中，我将介绍几种常见的单晶材料制备方法。
1.凝固法凝固法是制备单晶材料的一种常见方法。
该方法利用熔融态的原料，通过控制温度、冷却速率和压力等参数来使其逐渐凝固成为单晶体。
其中，熔融法包括拉出法、差熔法等，液相法包括浮区法、溶液法等。
凝固法制备的单晶材料具有较高的品质和纯度。
2.气相沉积法气相沉积法是一种通过气相反应沉积的方法。
通常使用气态前驱物在高温下与衬底进行反应，生成单晶薄膜或块状单晶。
其中，化学气相沉积（CVD）是一种常见的气相沉积方法，利用化学反应来沉积单晶材料。
此外，还有物理气相沉积（PVD）等方法。
3.熔融法熔融法是一种通过高温将原料熔化，然后逐渐冷却形成单晶体的方法。
在熔融法中，原料通常在一定比例下混合，然后通过高温熔化，形成溶液，利用溶液的过饱和度来生长单晶体。
熔融法广泛应用于金属单晶的制备。
4.悬浮法悬浮法是指将微小的晶体悬浮在溶液中，通过沉淀或者沉降的方式来生长单晶。
悬浮法是一种相对简单而且成本较低的制备方法，适用于一些较难溶解的材料。
5.熔剥法熔剥法是一种将单晶材料分割为较薄的片状的方法。
这种方法通过将样品在高温下先熔化，再迅速冷却，使其凝固成为较薄的单晶片。
熔剥法是一种能够制备较大面积单晶片的有效方法。
总的来说，单晶材料制备方法多种多样，不同的材料可以选择适合的方法进行制备。
随着技术的不断发展，新的制备方法也不断涌现，为单晶材料的制备提供了更多的选择。
相信随着科学技术的进步，单晶材料的制备方法将会越来越多样化和精细化。
单晶制备手段
单晶制备手段单晶制备手段，是采用晶体生长的方法来合成单一晶体的过程。
它可以将多晶体材料变成单晶体材料，并形成可用于研究、工业和医学应用的薄片或单晶体结构。
单晶可以得到极具特性的表现，其优势在于能为电子器件、传感器等产品提供更高的性能稳定性和精确度。
常用的单晶制备手段主要有原位合成法、晶面滑移法、固晶及熔融拉晶等几种。
虽然它们的原理有点不同，但都是采用晶体生长的过程来合成单一晶体的总称。
原位合成法是一个内部溶解法，它涉及到将原料溶于溶剂中，允许溶解物有时间上的变化，并将此过程在溶解度范围内维持，以便获得单晶材料。
它具有能快速生长大尺寸晶体的优势，但同时也具有生长体积较小晶体的弱点，这需要研究者选择一个稳定的溶解度范围。
晶面滑移法是一种表面反应分离法，它将原料掺入溶剂或能溶性聚合物溶液中，在互相作用的情况下，通过滑移现象可以形成单一晶体。
优点是能以稳定的速度分离出大尺寸的晶体，而其缺点是生长体积受到限制，而且反应时间较长。
固晶法是在晶格内通过相邻点之间的相互作用释放负能使物质进行组装，最终形成单一晶体。
它具有能生长大尺寸晶体的优势，但同时也需要花费较多的时间，因此是一种相对慢速的方法。
熔融拉晶法是将多晶体溶于熔融物质状态，然后将其进行拉晶，将拉晶的熔体分为多根，形成单一晶体。
它具有裂形光滑的优势，能形成细小的晶体，但能否获得好的尺寸和晶粒结构仍受到多种因素的影响，有时会受到限制。
总之，单晶制备手段多种多样，用于构建具有精确的尺寸和性能的单晶件。
因此，研究人员需要灵活地结合各种单晶制备手段的优势和弊端，选择合适的技术，以满足电子器件、传感器和其他应用领域制备单晶件的要求，来获得理想的晶体生长效果。
单晶的概念
单晶的概念1. 什么是单晶？单晶是指晶体中仅有一个完整、连续、无缺陷的晶格结构的晶体。
在单晶体中，原子、离子或分子按照规则有序地排列，形成一个连续的晶体结构。
与之相对的是多晶材料，多晶材料由许多小晶粒组成，每个小晶粒都有自己的晶格方向。
单晶的晶格结构使其具有一些特殊的物理和化学性质，因此在许多领域都有广泛的应用，特别是在电子、光学、材料科学和能源领域。
2. 单晶的制备方法单晶的制备方法多种多样，下面介绍几种常见的制备方法：2.1 拉长法拉长法是一种常见的制备单晶的方法。
它是通过在高温下将熔融材料逐渐降温，使其形成固态的单晶体。
在这个过程中，要控制温度的降低速率和单晶生长方向，这样才能得到完整且一致的单晶。
2.2 浇注法浇注法也是一种常见的制备单晶的方法。
它是通过将熔融材料直接倒入预先准备好的模具中，在适当的温度和压力下，使其形成固态的单晶体。
2.3 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种通过气相反应来制备单晶的方法。
它是将气相的原子、离子或分子输送到基板表面，通过反应形成固态的单晶体。
这种方法具有高纯度、较大尺寸以及控制生长参数的优点。
3. 单晶的应用单晶的特殊性质使其在多个领域有着广泛的应用。
以下列举了一些常见的应用领域：3.1 电子器件单晶在电子器件中有着重要的应用，例如半导体晶体管、集成电路等。
由于单晶具有较高的电导率、较低的电阻率以及较好的晶体结构，使其成为电子器件制造中的重要材料。
3.2 光学器件单晶在光学器件中也有广泛的应用，例如激光器、光学透镜等。
单晶具有优异的光学性质，如高透过率、低散射等，使其成为光学器件中的理想材料。
3.3 能源领域单晶在能源领域也有重要的应用，例如太阳能电池、燃料电池等。
单晶具有较高的光电转换效率、电化学活性等特点，可以提高能源转换和存储效率。
3.4 材料科学单晶在材料科学中的应用也十分广泛，例如用于合金的研究、材料的表面改性等。
单晶的特殊晶格结构使其成为探索材料性质和改善材料性能的重要工具。
单晶制备手段
单晶制备手段单晶制备是指在晶体生长过程中，得到一个完整的单一晶体的工艺过程。
单晶是指晶体结构完整、无缺陷、没有晶界和孪晶的晶体。
在材料科学、凝聚态物理、固态化学等领域中，单晶制备是获取高质量晶体的关键步骤，对于材料的性能和应用具有重要影响。
单晶制备的手段可以分为物化法、化学气相沉积法、液相法和固相法等。
1. 物化法：物化法的主要原理是通过物理和化学相变，控制溶质从溶液中结晶而得到单一晶体。
常见的物化法有溶液深冷法、溶液慢蒸发法和溶液恒温法。
溶液深冷法是通过迅速冷却过饱和溶液，使其结晶速率增大，从而得到单晶。
它的优点是操作简单，适用于很多种材料，但通常得到的单晶尺寸较小。
溶液慢蒸发法是将溶液在恒温恒湿的环境中长时间保持慢速蒸发，溶质逐渐过饱和，形成稳定的结晶核，最终得到单晶。
它的优点是可以得到较大尺寸的单晶，但晶体生长速度较慢。
溶液恒温法是通过将溶液恒温保持在某一温度下，实现过饱和，溶质在合适的条件下结晶并长大，最终得到单晶。
它成本较低且易于控制，适合制备很多材料的单晶。
2. 化学气相沉积法：化学气相沉积法是通过气体在一定温度和压力下经化学反应沉积在基底上，从而得到单晶。
常见的化学气相沉积法有金属有机化学气相沉积法（MOCVD）和物理气相沉积法（PVD）。
MOCVD是一种利用金属有机化合物和气体反应生成纯金属的方法，通过控制反应条件和沉积速度，可以得到单晶薄膜或外延层。
PVD是利用蒸发、溅射等物理手段，在真空中沉积材料到基底上，从而得到单晶薄膜或外延层。
它具有制备单晶薄膜和外延层的优势，但成本较高。
3. 液相法：液相法是通过在高温下将固体溶于熔融物质或高温溶液中，然后缓慢冷却使其结晶，从而得到单晶。
常见的液相法有浮区法、Bridgman法和Czochralski法。
浮区法是将材料的粉末或块状材料放在熔融溶液中，通过控制温度梯度和材料的溶解与结晶平衡来实现单晶的获得。
Bridgman法是通过将熔融材料注入石英制的坩埚中，通过升温或降温控制熔融区域在坩埚内逐渐平移，从而实现材料的凝固形成单晶。
第四章 单晶材料的制备
接转变为有序阵列，这种从无对称结构到有对称性结 构的转变不是一个整体效应，而是通过固一液界面的 移动而逐渐完成的。
• （3）熔体生长的目的是为了得到高质量的单晶体，
为此，首先要在熔体中形成一个单晶核（引入籽晶， 或自发成核），然后，在晶核和熔体的交界面上不断 进行原子或分子的重新排列而形成单晶体，即在籽晶 与熔体相界面上进行相变，使其逐渐长大。
• 4.采用交替施加应变和退火的方法，可以得到2.5cm的高能单晶
铝带，使用的应变不会促使新晶粒成核，退火温度为650℃。
应变退火法制备铁单晶
• 1.在550℃使铝退火，以消除应变的影响并提供大小合乎要求的
晶粒。
• 2.初始退火后，较低温度下回复退火，以减少晶粒数目，使晶粒
在后期退火时更快地长大，在320℃退火4h以得到回复，加热至 450℃，并在该温度下保温2h，可以获得15cm长，直径为1mm的丝 状单晶。
现在我国的人工水晶，人造金刚石已成为一个高技术产业。
BGO、KTP、KN、BaTiO3和各类宝石晶体均已进入国际市场 BBO、LBO、LAP等晶体也已经达到了国际水平。
我国每三年召开一次全国人工晶体生长学术交流会，就晶体 生长理论与技术，新材料晶体的研制，进行广泛的学术交流。
4.1.2 单晶体概述
(3)定向凝固技术
定向凝固方法制备材料时，各种热流能够被及时的 导出是定向凝固过程得以实现的关键，也是凝固过程成 败的关键。伴随着热流控制（不同的加热、冷却方式） 技术的发展。定向凝固经历了由传统定向凝固向新型定 向凝固技术的转变。
A 传统定向凝固技术
传统 定向 凝固 技术
液态
功率 高速
流态床
列出从熔体制备单晶、非晶的常用方法
列出从熔体制备单晶、非晶的常用方法
制备单晶和非晶材料的常用方法：
1. 单晶制备方法：
- Czochralski法：在熔体中通过拉制来制备单晶。
- 化学气相转化法：使用化学气相沉积的方法生长单晶。
- 浮区法：通过将熔体中的单晶隔离来制备单晶。
- Bridgman法：通过控制熔体的温度梯度来制备单晶。
- 溶液法：通过在溶液中溶解物质，然后逐渐降低温度来制备单晶。
2. 非晶制备方法：
- 快速凝固：将熔体迅速冷却，使其失去结晶的时间，从而形成非
晶态。
- 物理气相沉积：使用物理气相沉积的方法制备非晶材料。
- 溶液法：通过在溶液中形成非晶态材料来制备非晶材料。
- 激光熔化法：使用激光照射熔化材料，然后快速冷却来制备非晶
材料。
- 喷雾冷却法：将熔体喷雾成微小颗粒，然后迅速冷却，形成非晶态。
请注意，以上列举的方法可能只是其中一部分常见的制备方法。
不同
材料可能需要不同的制备方法，具体的方法选择应根据所需材料的特
性和实验条件进行合理选择。
单晶的制备
• 在稳定溶液区(不饱和溶液区)，当溶液的温度 或浓度不变或有较小变动时，不会有结晶作用 发生。 • 在过饱和的不稳定区，结晶作用会自发地发生， 产生很多结晶中心，不利于单晶的生长。 • 在亚稳过饱和区一般不会发生自发的结晶作用， 如果将籽晶放入这个区域的溶液中，在籽晶的 表面就会发生结晶作用，从而使晶体逐渐长 大．生长单晶应使溶液的状态处于这一区域 • 当一个溶液处于图2.17中B点的状态，该状态 的过饱和程度可以用△c＝c-c*或△t=t*-t来表 示，而△c和△t正是晶体生长的推动力．
• 升温加热，将材料熔融，并在1300º C下保 温4 h，使体系均匀． • 然后以0.5º C/h的速率缓慢降温到950º C， 将坩埚移出炉外，继续冷却至室温． • 用热的稀硝酸溶液或热的稀硝酸与醋酸的 混合液洗去助溶剂． • 在该方法中，少量加入的CaO对单晶的形 成十分重要． • 在优化的条件下通过该方法得到的YIG单晶 可达106 g．
d ln K p / dT H 0 / RT 2
(5 14)
• 对上式积分，得：
H 0 1 1 ln K p (T2 ) ln K p (T1 ) R T2 T1 (5-15)
• 如果反应为吸热反应，△H为正，当T2>T1， (2.13)式的右边为正值，则K p(T2)>Kp(T1)， • 即当温度升高时，由左向右的反应平衡常数增 大，反应容易进行；降低温度时，由左向右的 反应平衡常数变小，也就是由右向左的反应容 易进行． • 控制固体源区温度高于沉积区，可以将固体由 高温区输运至低温区，并在低温区沉积． • 反之，如果反应为放热反应，则应该控制固体 源区温度低于沉积区，这样可以将固体物质由 低温区向高温区输运． • 用化学气相输运法生长ZnSe单晶，其装置的示 意图如图2.18所示．
单晶制备方法
直拉法制单晶硅和区熔法晶体生长第一节概述多晶硅是单质硅的一种形态。
熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。
多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。
例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。
在化学活性方面，两者的差异极小。
多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。
多晶硅由很多单晶组成的，杂乱无章的。
单晶硅原子的排列都是有规律的，周期性的，有方向性。
当前生长单晶主要有两种技术：其中采用直拉法生长硅单晶的约占80%，其他由区溶法生长硅单晶。
采用直拉法生长的硅单晶主要用于生产低功率的集成电路元件。
例如：DRAM,SRAM,ASIC电路。
采用区熔法生长的硅单晶，因具有电阻率均匀、氧含量低、金属污染低的特性，故主要用于生产高反压、大功率电子元件。
例如：电力整流器，晶闸管、可关断门极晶闸管（GTO）、功率场效应管、绝缘门极型晶体管（IGBT）、功率集成电路（PIC）等电子元件。
在超高压大功率送变电设备、交通运输用的大功率电力牵引、UPS电源、高频开关电源、高频感应加热及节能灯用高频逆变式电子镇流器等方面具有广泛的应用。
直拉法比用区溶法更容易生长获得较高氧含量（12`14mg/kg）和大直径的硅单晶棒。
根据现有工艺水平，采用直拉法已可生产6`18in （150`450mm）的大直径硅单晶棒。
而采用区溶法虽说已能生长出最大直径是200mm的硅单晶棒，但其主流产品却仍然还是直径100`200mm的硅单晶。
区熔法生长硅单晶能够得到最佳质量的硅单晶，但成本较高。
若要得到最高效率的太阳能电池就要用此类硅片，制作高效率的聚光太阳能电池业常用此种硅片。
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Ti-2448合金单晶制备摘要：采用新型4椭球面反射镜红外聚焦浮区(FZ．T012000．X．VP．S)，利用光学浮区法(OFZ)成功生长出具有<100>、<110>、<11l>晶体学取向的Ti．2448合金单晶体。
结果表明：对Ti．2448合金，在无籽晶的情况下，通过晶粒的竞争生长，可以得到单晶：在具备籽晶情况下，当料棒转速为25 r．rain～、生长速率5～10 mm／h，温度梯度为30℃／ram时，可生长出具有籽晶取向的单晶，单晶体成分均匀，取向偏转小于20。
关键词：Ti．2448合金：单晶制备；光学浮区法1 引言Ti．24Nb-4Zr-8Sn(Ti．2448)合金是一种新型亚稳β型医用钛合金，具有很低的模量(～50 GPa)，不含有毒元素等优点。
研究发现，该合金具有很低的体模量和泊松比[1]，在弹性变形阶段具有很好的超弹性[2]，与其他合金由于应力诱发马氏体相变带来的超弹性不同，Ti-2448合金的超弹性是由于β相的晶格畸变引起的；塑性变形阶段发生局域化非均匀变形[3]。
对于这种材料力学行为的研究正在逐步展开，由于单晶体消除了晶界作用，抑制了位错和缺陷，是研究材料力学行为的理想材料。
同时，研究表明，钛合金中不同的晶体学面性质不同[4]，材料的晶体学取向对于细胞的依附、繁殖及活性都有影响[5,6]。
因此，制备出Ti-2448金的单晶对于研究该医用钛合金有着重要意义。
对β相Ti合金单晶的研究早在20世纪60年代就已经展开，主要是通过高温淬火或长时间退火将β相保留至室温，Mo当量较高时可以得到纯β相钛合金单晶，对于Mo当量较低的亚稳态β钛合金，由于ω相易在单晶制备过程中形成而无法制备出纯β相钛合金单晶[7]，在医用纯钛的研究中报道过α相单晶体的制备[8]。
在多元钛合金单晶制备过程中易发生成分偏析而导致晶体成分不均匀[9]以及难以控制凝固参数，因此少有关于多元β钛合金单晶制备的报道。
本试验采用新型4椭球面反射镜红外聚焦浮区炉。
(FZ-T-12000-X-VP-S)，研究了新型医用亚稳β钛合金Ti-2448单晶的制备，成功生长出具有<100>、<110>、<111>晶体学取向的Ti-2448合金单晶体。
2 试验方法Ti-24Nb-4Zr-8Sn(质量分数，下同)合金首先采用自耗炉3次熔炼成直径为140 mm的铸锭，然后在850℃热锻成直径为25 mm的棒材，从中间抽取直径为8.6mm的试棒，表面抛光后用做单晶体制备。
单晶生长采用的实验装置为FZ-T-12000-X-VP-S光学浮区单晶生长炉，通过浮区熔炼法生长籽晶，籽晶置于35 mm长的试棒底座上，母料为100mm长。
试棒的熔化及凝固过程在0.8 MPa的氩气气氛中进行，生长速率为5 mm／h，试棒相对旋转速率为25r.min-1。
将实验所得试样进行纵向抛切，打磨抛光后在5mL HF+5mL HN03+90mL H20混合溶液中腐蚀，利用Axiovert 200金相显微镜进行金相组织观察。
利用Burker Advanced X—Ray Solutions(D8 Discover)研究晶体取向。
利用LEO—SUPRA35扫描电子显微镜的能谱仪测定沿生长方向合金的化学成分。
3实验原理及过程3．1籽晶的制备图1是实验前Ti-2448合金料棒的X射线衍射结果。
由图可见，合金试棒为多晶β钛合金。
实验采用的浮区熔炼法，是一种垂直的区熔法，通过氙灯聚焦加热，在生长的晶体和原料棒之间形成一个微小的熔区，该熔区由表面张力与重力的平衡来保持其稳定。
由于加热不需坩埚，可以用来生长高熔点的洁净晶体。
Ti-2448料棒通过自生长，即自成核制备单晶籽晶。
图2是单晶自发成核过程的示意图。
当料棒对接端面达到足够的温度(超过材料的熔点)时，在端接面的一个狭窄的范围内形成一个熔区，里面含有许多晶粒，随着时间的推移，熔区体积不断扩大，晶粒密度也随之增加，在凝固过程中，具有择优取向的晶粒生长速率快，可淘汰非择优取向的晶粒，最终得到单个晶粒[10]。
图2显示了这一过程各个时期的组织形貌，对单晶进行XRD定向后切割出<100>、<110>、<111>取向的籽晶。
3．2 料棒与籽晶棒的对接在单晶生长的初始阶段，料棒(上)和籽晶(下)分开的距离大致为2～3 mm，安装样品的上杆和下杆以相反方向旋转，旋转速率为5r·min-1；当温度升高，料棒和籽晶相对的一端开始出现熔化，表面熔化均匀后，料棒缓慢下移，直至接触到籽晶。
最后，调整接触液面的直径与籽晶直径相近，这样就完成了料棒与籽晶的对接，可通过调节样品杆的转速维持一个稳定的固．液面。
3．3 生长状态监控浮区法一个重要的优点是容易实时观察晶体的生长状况。
利用CCD探头，观测生长过程，如果在界面上一旦出现异常现象，可以通过改变生长条件(温度，上、下杆转速，提拉速度等)进行及时调整，这样，实验最终制得Ti-2448合金的单晶体。
4 结果分析及讨论4．1 单晶体的成分均匀性表l列出了Ti一2448合金各组成元素的熔沸点，由于实验温度高于2100 K，故实验过程中低熔点合金元素Sn的挥发烧损值得关注。
表2是料棒和单晶体的化学成分分析结果。
由表2可知，在晶体生长过程中，合金元素的成分变化很小，Sn烧损较轻；由于生长过程缓慢，时间较长(约24 h)，虽然采用氩气保护，合金中O含量仍有小幅上升，大约增加了O．04％。
由单晶的沿生长方向成分分布曲线(图 3)可知，定向凝固所得单晶体成分比较均匀，基本无成分偏析。
这是由于实验采用的浮区法能在微小的熔区中产生高的温度梯度，同时控制凝固速率，得到平面凝固组织，从而减小了成分偏析。
4．2 籽晶制备过程XRD和显微组织分析对于金属熔体生长，几乎所有的界面都是粗糙界面，所以金属晶体的生长速率是各向同性的[11]。
但在由于制备籽晶所采用的多晶料棒存在<110>方向织构[12]，含有较多取向为<110>的晶粒，<110>方向优先牛长的几率较多，这样各晶粒在生长时由于不同晶面上的择优生长，使生长方向与热流方向不一致的晶粒逐渐被淘汰，从而达到稳定凝固阶段的单晶生长。
图4为定向凝固制备籽晶过程中各个时期的组织形貌：生长初期晶粒较小且较多(图4a)，随着生长的进行各晶粒逐渐长大并发生兼并堆积(图4b)，最终得到单个晶粒(图4c)，定向凝固结束时熔体自由凝固将得到胞状晶(图4d)。
4．3单晶的XRI)表征图5是通过籽晶法制备的Ti-2448合金单晶体的XRD分析结果。
由图5可知，通过籽晶法进行浮区生长，可以制备出具有籽晶取向的Ti-2448合金单晶体，经实验测量，晶体偏转角小于20。
在立方晶系中，对任意晶面(hkl)，晶面间距与晶面指数的关系为d hkl2=a2／h2+k2+l2；Bragg方程为sinθ=λ／(2d)；实验测得Ti-2448合金(200)、(110)和(222)晶面的掠射角θ分别为27.90、19.320和54.080。
实验中k=0.15406 nm，故由此求算出Ti-2448合金晶格常数a=0.328 nm。
5 结论1)对Ti-2448合金，在无籽晶的情况下，通过晶粒的竞争生长，可以制备得到单晶；2)在具备籽晶情况下，当料棒转速为25 mm／h、生长速率5～10 mm／h，温度梯度为30℃／mm时，可通过籽晶法制备出具有籽晶取向的单晶；3)分析表明，光学浮区法制得的Ti-2448单晶体成分均匀，取向偏转小于20。
单晶体为bcc结构，晶格常数a=O.328 nm。
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