合成晶体

水热法生长晶体 主要装置 水热法生长的水晶晶体
焰熔法 焰熔法，是在1890年由法国科学家 Verneuil发明的，适用于生长人工宝石。
料锤周期性地敲打装在料斗 里的粉末原料，粉料从料斗 中逐渐地往下掉，落到位置6 处，由入口4和入口5进入的 氢气氧气形成氢氧焰，将粉 料熔融。熔体掉到籽晶7上， 发生晶体生长，籽晶慢慢往 下降，晶体就慢慢增长。此 方法生长速度较快，生长的 晶体可长达1m。
焰熔法生长宝石示意图
提拉法
提拉法，是被普遍采用的晶体生长方法。
它是将原料放在铂或铱坩埚中加热 熔化，在适当的温度下，将籽晶浸入 液面，让熔体先在籽晶的末端生长， 然后边旋转边慢慢向上提拉籽晶，晶 体从籽晶末端开始逐渐长大。
目前，使用最多的激光晶体Nd:YAG 就是采用此法生长的。
助熔剂法 对于熔点太高，或未到熔点即分解的晶体，采用加 助熔剂的方法将其熔点降下来生长，称为助熔剂法
弧熔法
料堆中插入电极，在一定的电压下点火，发出电 弧。电弧放出的热量将周围的原料熔化，熔融的原 料在烧结的料壳中冷却结晶，如云母就是用这种方 法生长的。
弧熔法示意图
分子束外延生长 分子束外延技术是目前生长半导体晶体的主要方法。
Ga、As、Al源加热后可向外发射气态原料，然后在GaAs衬底 上沉积生长出晶体。
合成晶体
人工晶体的制备
人工晶体的制备实际上就是把组成晶体的基元（原子、 分子或离子）解离后又重新使它们组合的过程。按照晶 体组分解离手段的不同，人工晶体的制备有三大类。
熔融法--使晶体原料完全熔化，包含有提拉法、坩埚相对移动
法、区熔法、基座法、冷坩埚法与焰熔法等。
溶液法--使晶体原料溶解在溶液中，具体地包含有水溶液法、水
升华法
升华法是气相法生长晶体的一种。氩气为输运介质，热端 原料与掺杂剂加热后挥发，在氩气的输运下到达冷端重新结 晶。升华法生长的晶体质量不高，为薄片状。
升华法晶体生长示意图
冷坩埚法
人工合成氧化锆即采用冷坩埚法，因为氧化锆的熔点高 （2700℃），找不到合适的坩埚材料。此时，用原料本身作 为“坩埚”进行生长。
分子束外延生长室基本构成示意图
分子束外延生长
分子束外延设备是生长半导体超晶格的关键设备，结构复 杂，价格昂贵(100万美元)。所用的原料纯度非常高，这种 设备在国外已经普及。
V100生产型分子束外延设备
高温高压法
高温高压法可以得到几万大气压，1500℃左右的压力和温 度，是生长金刚石，立方氮化硼的方法。目前，高温高压法不 但可以生长磨料级的金刚石，还可以生长克拉级的装饰性宝石 金刚石。
பைடு நூலகம்
钢丝缠绕高压模具
六面顶高压腔及其试验件
人造金刚石车间
原料中加有引燃剂（如生长氧 化锆时用的锆片），在感应线 圈加热下熔融。氧化锆在低温 时不导电，到达一定温度后开 始导热，因此锆片附近的原料 逐渐被熔化。同时最外层的原 料不断被水冷套冷却保持较低 温度，而处于凝固状态形成一 层硬壳,起到坩埚的作用，硬壳 内部的原料被熔化后随着装置 往下降入低温区而冷却结晶
很多非线性光学晶体如KN、KTP、BO、LBO等，都是用这种 方法生长的
铌酸钾晶体
BBO晶体
助熔剂法生长KTP晶体装置
CLBO 晶 体
底部籽晶法
底部籽晶法与提拉法相 反，这种生长方法中坩埚 上部温度高，下部温度低。 将一管子处在坩埚底部， 通入水或液氮使下面冷却， 晶体围绕着籽晶从坩埚底 部生长。
冷坩埚生长示意图
水平区熔法 熔区被限制在加热器加热的狭小范围内，绝大部分 的原料处于固态。加热器从一端向另一端缓慢移动， 熔区也缓慢移动，晶体逐渐生长。
水平区熔法的主要用途在于材料的物理提纯。加热器不断地 重复移动，杂质被逐渐赶到一边，原料从而得到提纯。该法的 创始人是美国人Pfann，硅单晶生长初期的提纯即采用此法。
水浴育晶装置
利用降温法生长晶体的装置
日本大阪大学生长的KDP晶体
水热法
水热法是一种在高温高压下从过饱和水溶液中进行结 晶的方法。工业化批量生长水晶即采用这种方法。
晶体生长在特制的高压 釜内进行，晶体原料放在 高压釜底部，釜内添加溶 剂。加热后上下部溶液间 有一定的温度差，使之产 生对流，将底部的高温饱 和溶液带至低温的籽晶区 形成过饱和而结晶
热法与助熔剂法。水溶液法在常压下生长晶体，温度约 为八、九十摄氏度；水热法是在高温高压下生长；而助 熔剂法则是在常压高温下生长晶体。
气相法--使晶体原料蒸发或挥发，包含有化学气相沉积与射频
溅射两种方法。
水溶液法 水溶液法的基本原理是将原料（溶质）溶解在水中， 采取适当的措施造成溶液的过饱和状态，使晶体在 其中生长。