材料合成与制备复习资料

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1.升华法：将固体在高温区升华，蒸气在温度梯度的作用下向低温区输
运结晶的一种生长晶体的方法。

（硫化物，卤化物，Cds，ZnS，CdI2，HgI2）
2.在晶体生长过程中始终维持其过饱和度的途径有：（1）根据溶解度曲
线，改变温度；（2）采取各种方法（如蒸发，电解等）减少溶剂，改变溶液成分；（3）通过化学反应来控制过饱和度。

化学反应的速度和晶体生长的速度差别很大，凝胶扩散使反应缓慢进行；（4）用亚稳相来控制过饱和度。

3.根据晶体的溶解度与温度的关系，溶液中生长晶体的方法：降温法，
流动法（温差法），蒸发法，凝胶法。

4.降温法适用于溶解度和温度系数都较大的物质，并需要一定的为温度
区间。

5.蒸发法生长晶体的基本原理是将溶剂不断蒸发减少，从而使溶液保持
在过饱和状态，晶体便不断生长。

适用于溶解度较大而溶解度温度系数较小或为负值的物质。

6.晶体的水热生长法是一种在高温高压下的过饱和和水溶液中进行结晶
的方法。

7.水热法的优点：（1）由于存在相变（α石英）可能形成玻璃体（由于
高粘滞度而结晶很慢的那些硅酸盐）；在熔点时，不稳定的结晶相可以用水热法生长；（2）可以用来生长在接近熔点时蒸汽压高的材料（ZnO）或要分解的材料（VO 2）等；（3）适用用要求比熔体生
长的晶体有较高完美性的优质大晶体或在理想配比困难时，要更好的控制成分的材料生长；（4）生长出得晶体热应力小，宏观缺陷少，均匀性和纯度也较高。

8.水热法的缺点：（1）需要特殊的高压釜和安全保护措施；（2）需要适
当大小的优质籽晶，虽然质量在以后的生长中能够得到改善；（3）整个生长过程不能观察，生长一定尺寸的晶体，时间较长。

9.正常凝固法的特点是在晶体开始生长时，全部材料处于熔融态（引入
的籽晶除外）。

在生长过程中，材料体系有晶体和熔体两部分组成，并且是以晶体的长大和熔体的减少而告终。

10.正常凝固法：晶体提拉法，坩埚移动法，晶体泡生法，弧熔法。

11.提拉法改进技术：（1）晶体直径的自动控制技术—ADC技术—不仅使
生长过程的控制实现了自动化，而且提高了晶体的质量和成品率；（2）液相封盖和高压单晶炉—LEC技术—生长那些具有较高蒸气压或高离解压的材料；（3）磁场提拉法—MCZ技术—在提拉法中加一磁场，可以使单晶中得氧含量和电阻率分布得到控制和趋于均匀（单晶硅的成功制取）；（4）倒膜法—EFG技术—可以按照所需要的形状和尺寸来生长晶体，晶体的均匀性也得到了改善。

12.晶体提拉法的优点：（1）在生长过程中，可以直接观察晶体的生长状
况，这位控制晶体外形提供了有利条件；（2）晶体在熔体的自由表面处生长，而不与坩埚相接触，能够显著减少晶体的应力并防止坩埚壁上的寄生成核；（3）可以方便地使用定向籽晶的和“缩颈”工艺，得到不同取向的单晶体，降低晶体中得位错密度，减少镶嵌结构，提高晶体的完整性；（4）能够以较快的速率生长较高质量的晶体。

13.晶体提拉法的缺点：（1）一般要用坩埚作容器，导致熔体有不同程度
的污染；（2）当熔体中含有易挥发物时，则存在控制组分的困难；
（3）适用范围有一定的限制。

14.浮区法：在生长的晶体和多晶原料棒之间有一段熔区，该熔区由表面
张力所支持。

优点：不需要坩埚，从而避免了坩埚造成的污染，常用于生长半导体材料（Si）。

15.焰熔法：最简便的无坩埚生长方法，主要用于宝石的工业生产。

16.薄膜的生长过程：（1）核生长型（成核，晶核长大并形成较大的岛，
岛与岛之间聚接形成含有空沟道的网络，沟道被填充）；（2）层生长型。

特点：沉积原子在衬底表面以单原子层的形式均匀地覆盖一层，然后再在三维方向上生长第二层、第三层…….。

（3）层核生长型。

特点：它是生长机制的中间状态，当衬底原子与沉积原子之间的键能大于沉积原子相互之间键能的情况下多发生这种生长方式的生长。

17.真空蒸发镀膜。

原料置于料舟之中，衬底置于反应室上部正对着料舟
（高熔点金属Mo，Ta等制成）。

蒸发淀积时利用真空泵将反应室抽成真空（<10-4Pa），然后用料舟将淀积材料加热，使之蒸发、淀积在基片上。

制膜过程的物理阶段：（1）淀积材料蒸发或升华为气态；
（2）原子（或分子）从蒸发源输运到基片上；（3）蒸气粒子在基片上沉积；（4）粒子在基片表面重新排列或它们的键发生变化，凝结成膜。

18.把蒸镀材料加热汽化的主要方法：电阻加热（电阻的选择应考虑所需
的温度下不能软化，饱和蒸汽要小，更不能与熔融的蒸发材料发生反应；螺旋丝状或箔舟状，高熔点金属钨、钽；可蒸发不浸润加热器的原料，效率较高），电子束轰击（高熔点金属，钨、钽，优点：可以直接对蒸发材料加热；装蒸发料的容器可以是冷的或用水冷却，从而避免材料与容器的反应和容器材料的蒸发；可蒸发高熔点材料。

缺点：装置复杂；只适用于蒸发单质元素；残余气体分子和蒸发材料的蒸汽会部分被电子束电离），射频感应。

19.分子束外延。

外延是指在单晶衬底上生长同类单晶体（同质外延），或
者生长具有共格或半共格的异类单晶体（异类外延）的技术。

分子束外延有可能精确控制膜厚。

外延温度是外延生长难易程度的指标。

20.溅射反应：用动能为几十电子伏的粒子束照射沉积材料表面（“靶”），
使表面原子获得入射粒子所带的一部分能量并脱离靶体后，在一定条件下沉积在基片上，这种镀膜方法称为溅射镀膜。

21.磁控溅膜的特点：在阴极靶面上建立一个环状磁场，将电子和高密度
等离子体束缚在靶面附近，使正离子有效地轰击靶面。

故不仅可显著提高溅射速率，还可控制二次电子的运动，避免高能电子对衬底的轰击，降低衬底温度。

22.离子束溅射在部分真空的溅射室中辉光放电，产生正的气体离子；在
阴极（靶）和阳极（试样）间电压的加速作用下，荷正电的离子轰击阴极表面，使阴极表面材料原子化；形成的中性原子，从各个方向溅出，射落到试样的表面，于是在试样表面上形成一层均匀的薄膜。

23.离子溅射的优点是能够控制轰击离子的能量和束流密度，并且基片不
接触等离子体，这些都有利于控制膜层质量。

此外，粒子束溅射是在真空度比磁控溅射更高的条件下进行的，这有利于降低膜层中的杂质气体的含量。

离子束溅射时，尽管有氩气不断由离子源的栅孔向真空泄漏，但在不断抽空的条件下仍能维持0.01Pa的真空度，比磁控溅射和射频溅射的工作真空度高两个数量级。

24.离子束镀膜的缺点：镀膜速度太低，只能达到0.1μm/min左右，比磁
控溅射底一个数量级。

离子束溅射不适合于同时镀制大批工件。

25.化学气相沉积（CVD）：在一个加热的基片或物体表面上，通过一种或
几种气态或化合物产生的化学反应，而形成不挥发的固态膜层或材料过程称为化学气相沉积。

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26.影响CVD质量的因素：（1）沉积温度；（2）反应气体的比例；（3）基
体对沉积膜层的影响（基体满足的条件：1.基体材料与沉积膜层材料之间有强的亲和力。

2.基体与沉积薄膜在结晶结构上有一定的相似性。

3.基体材料与沉积薄膜材料有相近的热膨胀系数。

）
27.CVD的优点：（1）CVD制备所得到的薄膜或材料一般纯度很高，很致密，
而且很容易形成结晶定向好的材料。

蓝宝石基片上用CVD制备的α—Al2O3单晶材料。

（2）能在较低温度下制备难熔物质。

（3）便于制备各种单质或化合物材料以及各种复合材料。

28.CVD的缺点：（1）需要在高温下反应，基片温度高，沉积速率较低，
一般每小时只有几微米到几百微米，使用的设备较电镀法复杂，基本难于进行局部沉积，参加沉积反应的源和反应后的余气都有一定的毒性。

29.光化学气相沉积（PCVD）：利用光子使气相分子离解或使原子激发而在
衬底表面形成薄膜的技术。

30.液相外延（LPE）：含溶质的溶液（或熔体）借助过冷而使溶质在衬底
上以薄膜形式进行生长的方法。

31.陶瓷材料的相组成：（1）晶体相（决定陶瓷物理化学性质的主要是主
晶相）；（2）玻璃相是非晶态结构的低熔点固体，不同的陶瓷，
玻璃相的含量不同；（3）气相（气孔）在陶瓷材料中占有重要的地位。

32.在凝固点附近的熔体粘度和冷却条件是能否形成玻璃的最重要条件。

（1）在熔点附近粘度很大的物质，凝固时溶液容易形成玻璃；（2）冷却条件是能否形成玻璃的外部因素。

33.气相。

一般陶瓷材料均不可避免地含有一定数量的气相（气孔），通常
的残留气孔量为5%—10%（体积分数）。

气孔含量在各种陶瓷材料中差别很大，它可以在0—90%之间变化。

气孔可分为开口气孔和闭口气孔。

在坯料烧成前大部分是开口气孔，在烧成过程中开口气孔消失或转变为闭口气孔，气孔率下降。

为了制成密度小、绝热性好的陶瓷，希望含有尽可能多的、大小一致、分布均匀的气孔。

34.陶瓷生产过程经历多的三个阶段：坯料制备、成形与烧结。

35.坯料是指将陶瓷材料经拣选、破碎等工艺后，进行配料，再经混合、
细磨等工序后得到的具有成形性能的多组分混合物。

36.坯料制备过程中质量应符合的要求：（1）坯料的成分应和配方一致，
不能有杂质混入；（2）各种组分混合要均匀，包括主要原料、水分和塑化剂等在坯料中都应均匀分布，否则会出现组分偏析，从而影响产品质量；（3）各组分的颗粒度要符合要求，以减少成形和干燥过程中得废品；（3）可塑和注浆成形用的坯料中空气含量应尽量减少，以免降低坯体的强度和产品的机电性能。

37.烧结目的是使坯体在高温下发生一系列的物理和化学反应，形成预期
的矿物组成的显微结构，通过物质传递变成致密的具有一定强度和固定外形的陶瓷。

38.液相烧结在炼烧阶段有较多的液相生成，使陶瓷致密化的驱动力来自
于细小固体颗粒间液相的毛细血管。

39.固相烧结时没有液相或只有10%以下的液相参加反应，它的烧结主要
是为了颗粒间的扩散传质作用（表面扩散，体扩散）
40.烧结工艺四阶段：低温阶段，中温阶段，高温阶段，冷却凝固阶段。

（保温阶段）
41.压电陶瓷：具有压电效应的陶瓷材料，即能进行机械能与电能相互转
换的陶瓷。

42.PZT陶瓷：“软性添加物”可使其在烧结过程形成阳离子空位，大大加
速离子扩散；“硬性添加物”则产生氧离子空位，使晶包产生收缩，降低离子扩散速度，使其难于烧结。

43.复合材料是有两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的
一种或多种固体材料。

复合材料中的连续相、分散相是以独立的形态分布在整个连续相中，两相之间存在着相界面。

44.复合材料按增强物形状和基体材料类型分类：纤维增强复合材料，层
叠复合材料，颗粒复合材料。

45.纳米材料的分类：金属，半导体，绝缘体，复合材料。

46.纳米微粒是指尺寸介于1～100纳米间的细小物质微粒,属于原子簇与
宏观物体交界的过渡状态,它既非典型的微观体系,又非典型的宏观体系,具有一系列新奇的物理化学特性。

47.原子团簇是指由多个相同原子结合在一起组成的粒子集团。

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