单晶生长
单晶生长原理及工艺流程
CZ生长原理及工艺流程CZ法的基本原理，多晶体硅料经加热熔化，待温度合适后，经过将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等步骤，完成一根单晶锭的拉制。
炉内的传热、传质、流体力学、化学反应等过程都直接影响到单晶的生长与生长成的单晶的质量，拉晶过程中可直接控制的参数有温度场、籽晶的晶向、坩埚和生长成的单晶的旋转与升降速率，炉内保护气体的种类、流向、流速、压力等。
CZ法生长的具体工艺过程包括装料与熔料、熔接、细颈、放肩、转肩、等径生长和收尾这样几个阶段。
1．装料、熔料装料、熔料阶段是CZ生长过程的第一个阶段，这一阶段看起来似乎很简单，但是这一阶段操作正确与否往往关系到生长过程的成败。
大多数造成重大损失的事故(如坩埚破裂)都发生在或起源于这一阶段。
2．籽晶与熔硅的熔接当硅料全部熔化后，调整加热功率以控制熔体的温度。
一般情况下，有两个传感器分别监测熔体表面和加热器保温罩石墨圆筒的温度，在热场和拉晶工艺改变不大的情况下，上一炉的温度读数可作为参考来设定引晶温度。
按工艺要求调整气体的流量、压力、坩埚位置、晶转、埚转。
硅料全部熔化后熔体必须有一定的稳定时间达到熔体温度和熔体的流动的稳定。
装料量越大，则所需时间越长。
待熔体稳定后，降下籽晶至离液面3～5mm距离，使粒晶预热，以减少籽经与熔硅的温度差，从而减少籽晶与熔硅接触时在籽晶中产生的热应力。
预热后，下降籽晶至熔体的表面，让它们充分接触，这一过程称为熔接。
在熔接过程中要注意观察所发生的现象来判断熔硅表面的温度是否合适，在合适的温度下，熔接后在界面处会逐渐产生由固液气三相交接处的弯月面所导致的光环(通常称为“光圈”)，并逐渐由光环的一部分变成完整的圆形光环，温度过高会使籽晶熔断，温度过低，将不会出现弯月面光环，甚至长出多晶。
熟练的操作人员，能根据弯月面光环的宽度及明亮程度来判断熔体的温度是否合适。
3．引细颈虽然籽晶都是采用无位错硅单晶制备的[16～19]，但是当籽晶插入熔体时，由于受到籽晶与熔硅的温度差所造成的热应力和表面张力的作用会产生位错。
单晶材料的生长及应用
单晶材料的生长及应用单晶材料是一种高纯度、高质量的材料，由于其结晶形态独特，因此在材料研究、电子设备、光学装置、传感器等领域有着广泛的应用。
本文将从单晶材料的生长及其应用两个方面进行论述。
一、单晶材料的生长单晶材料的生长是制备高纯度、高质量单晶的重要步骤。
通常采用质晶生长法、气相生长法、液相生长法、熔体法等方法进行单晶材料的生长。
1. 质晶生长法质晶生长是通过熔融物料中的慢冷过程而获得单晶。
材料首先被融化，然后在恒定温度下缓慢冷却。
在冷却过程中，熔体的成份逐渐结晶，通过控制结晶速率和温度，使得晶体在相似的晶体学方向上生长，从而获得高质量的单晶。
2. 气相生长法气相生长是通过热分解气体、化学反应、沉积等方式在固定位置上生长单晶。
在气相生长过程中，单晶在半导体材料工业、电子器件及其他光学应用中得到广泛运用。
3. 液相生长法液相生长法是指利用溶剂在有机液相或高熔点固体溶剂中生长单晶。
在液相生长过程中，贵金属及宝石类制品、化学物质、波长选择性钙钛矿、氧化物等单晶特许材料都能被制造。
4. 熔体法熔体法通常是通过熔融材料注入熔体中，在高温条件下快速冷却形成单晶。
在熔体法中，电子金属材料、高冰温超导体、稀土元素及其化合物、金属材料等都能被制造。
二、单晶材料的应用单晶材料在电子学、光学、传感器、医学、材料工业等领域都有广泛的应用。
1. 电子学单晶材料在电子产品及半导体制造行业有广泛的应用。
例如，硅单晶是半导体制造中最常用的单晶材料。
2. 光学单晶材料在光学设备制造等领域有着重要的应用价值。
例如，蓝宝石单晶、铝氧化物单晶等材料都是高品质的激光晶体材料。
3. 传感器单晶材料还可被应用于传感器制造。
例如，压阻式传感器中常用的压电晶体就是一种单晶材料，它能够用来测量压力、重量、温度等参数。
4. 医学单晶材料在医学领域也有着广泛的应用，例如用于人工晶体的制造。
5. 材料工业单晶材料在材料工业中也发挥着重要的作用，例如，金属锆单晶制成的喷气式发动机叶片，能够提高航空和航天领域中的效率。
单晶生长技术
水浴育晶装臵图
降温速度的决定因素
• 晶体的最大透明生长速度，即一定条件下 不产生宏观缺陷的最大生长速度； • 溶解度的温度系数； • 溶液的体积和晶体生长表面积之比（体面 比）。 上述三种因素，不同晶体差别明显，同一 种晶体在生长过程中也在变化。必须从实 际出发，在生长的不同阶段制定不同的降 温计划。
CaCl2 H 2 C4 H 4 O6 4H 2 O CaC4 H 4 O6 4H 2 O 2HCl
• 成功关键：避免过多自发形成晶核 • 优点： 简单地在室温下生长一些难溶或对热敏感的晶体； 晶体支持物是柔软的凝胶，避免了通常溶液法难 以避免的籽晶架或器壁对成长晶体的影响； 不发生对流，环境相对稳定，凝胶可以局部分析， 晶体有规则外形，可直接观察晶体的产生和生长 以及晶体中宏观缺陷的形成或进行掺杂； 缺点：生长速度慢，晶体尺寸小。
杂质
• 人造水晶用天然水晶的碎料作培养体，含 有金属杂质Ge, Cr, Mn, Fe, Mg, Al, Ca, Cu, Ag等。 • 人造水晶中杂质含量随结晶方位不同而不 同（不同面上的吸附不一样）。 • 影响水晶品质的典型杂质还有OH-。OH-对 紫外和红外波段的吸收明显。因此通过检 验人造水晶中的OH-多少可以成为评定水晶 质量的主要手段。
电解溶剂法
• 电解溶剂法是用电解法来分解溶剂，使溶剂处于 饱和状态，只适用于溶剂可以被电解而其产物很 容易从溶液中移去的体系，并要求所培养的晶体 物质在溶液中能导电又不被电解。 • 育晶装臵装有一对铂电极，电解速度由电流密度 控制。 • 溶液搅拌避免浓差极化。溶液表面用流动液层覆 盖以防止溶剂蒸发。 • pH、温度保持稳定。 • 可以在室温下进行，适用于溶解度温度系数较小 的物质，也适用于生长有数种晶相存在，而每种 晶相仅在一定温度范围内才能稳定存在的物质晶 体。例子：KDP型晶体
单晶生长经验
一,挥发法原理:依靠溶液的不断挥发,使溶液由不饱和达到饱和过饱和状态. 条件:固体能溶解于较易挥发的有机溶剂一般丙酮,甲醇,乙醇,乙腈,乙酸乙酯,三氯甲烷,苯,甲苯,四氢呋喃,水等. 理论上,所有溶剂都可以,但一般选择60～120℃. 注意:不同溶剂可能培养出的单晶结构不同方法:将固体溶解于所选有机溶剂,有时可采用加热的办法使固体完全溶解,冷却至室温或者再加溶剂使之不饱和,过滤,封口, 静置培养.经验: 1.掌握好溶解度,一般100mL 可溶解0.2g~2g, υ 2.纯度大的易长出晶体. 3. 可选用混合溶剂,但必须遵循高沸点的难溶低沸点易容的原则.混合溶剂必须选用完全互溶的二种或多种溶剂.二,扩散法原理:利用二种完全互溶的沸点相差较大的有机溶剂.固体易溶于高沸点的溶剂,难溶或不溶于低沸点溶剂. 在密封容器中, 使低沸点溶剂挥发进入高沸点溶剂中, 降低固体的溶解度, 从而析出晶核,生长成单晶. 一般选难挥发的溶剂,如DMF,DMSO,甘油甚至离子液体等.条件:固体在难挥发的溶剂中溶解度较大或者很大,在易挥发溶剂中不溶或难溶. 经验: 固体在难挥发溶剂中溶解度越大越好.培养时,固体在高沸点溶剂中必须达到饱和或接近过饱和.方法: 将固体加热溶解于高沸点溶剂,接近饱和,放置于密封容器中,密封容器中放入易挥发溶剂,密封好,静置培养.三,温差法原理:利用固体在某一有机溶剂中的溶解度,随温度的变化,有很大的变化,使其在高温下达到饱和或接近饱和,然后缓慢冷却,析出晶核,生长成单晶. 一般,水,DMF, DMSO,尤其是离子液体适用此方法.条件:溶解度随温度变化比较大.经验:高温中溶解度越大越好,完全溶解.水热法及溶剂热法的一些经验总结（important）：1.降温过程过快，毫无疑问降温过程是晶体慢慢长大的过程，如果降温过程过快可能会导致得倒晶体结构不好或者直接就是粉末。
2.反应PH值，我不知道大家怎么调PH，因为我反应釜比较多，我调PH一般就是直接加浓HCl或则直接加浓NaOH来进行简单调节。
单晶生长技术的发展及应用
单晶生长技术的发展及应用随着现代化科技的发展，人们对材料的性质和质量的要求越来越高。
单晶材料是一种重要的功能性材料，被广泛应用于半导体、电子、光学、航空等领域。
而单晶生长技术作为单晶材料生产的基础技术，也在不断发展与创新中。
一、单晶生长技术简介单晶生长技术是通过在超温、超压、超纯洁的条件下，将零散的晶核长成完整的单晶体。
目前常用的单晶生长技术有凝固法、气相生长法、溶液法、化学气相沉积法等。
1、凝固法凝固法是单晶生长技术中最早被发现和应用的方法。
它利用温度梯度、浓度梯度等条件，将溶液或熔体中的溶质逐步凝固，并长成单晶。
这种方法适用于许多晶体材料的生长，如硅、锗、镓、铟、铜、黄金等金属和非金属材料。
2、气相生长法气相生长法是通过控制气相中的气氛、温度、压力等条件，使气体中的化学物质在基片上形成单晶。
它广泛应用于钙钛矿、硼化物、蓝宝石、氮化硅、碳化硅等材料的生长。
3、溶液法溶液法是将固体物质或气态物质溶解到溶液中，在温度、浓度等筛选条件下，使其逐步长成单晶。
溶液法具有生长速度快、生长质量好等优点。
目前使用最广泛的溶液法是水热法，它能够较好的生长出氧化物、硫酸盐等化合物的高质量单晶。
4、化学气相沉积法化学气相沉积法是利用化学反应沉积单原子层或几原子层的材料，并组装成高质量的单晶。
该方法可用于比较稳定的材料的生长，如氧化铟、钨酸盐等。
二、单晶生长技术的应用单晶材料具有优异的性能，被广泛应用于半导体、电子、光学、航空等领域。
生长出高质量、大尺寸且准确控制其物性的单晶，不仅能够提升材料的性能，也能够拓展材料应用的领域。
1、半导体单晶硅被广泛应用于半导体领域，其应用主要体现在太阳能电池、集成电路、红外探测器等领域。
其生长技术主要采用凝固法和气相生长法。
2、光学单晶材料在光学领域有着极为广泛的应用。
例如单晶蓝宝石在照明领域有着非常广泛的应用，其应用于LED中的蓝宝石基板，可以大大提高LED的发光效率。
此外，单晶材料还在光学器件、激光等领域得到了广泛应用。
单晶生长原理
单晶生长原理
单晶生长是一种将物质从非晶态或多晶态转变为单晶态的过程。
在单晶生长过程中，通过控制温度、压力和溶液成分等条件，使得原子或分子按照一定的排列规律逐渐从无序状态转变为有序的单晶结构。
单晶生长的基本原理是利用种子晶体或者某种特定方法形成结晶核，并通过在其上加热或者降低温度、减小溶液浓度等方式提供足够驱动力，使原子或分子从溶液中逐渐沉积在结晶核上，并按照晶格结构进行有序排列。
通过不断增长结晶核的大小和形状，最终得到完整的单晶体。
单晶生长的过程中，温度的控制非常重要。
通常情况下，通过控制温度梯度来驱动晶体生长。
例如，可以在熔融状态下，通过在上部降低温度，使热解的物质逐渐沉积在下部的结晶核上，实现晶体生长。
另外，还可以通过改变溶液中物质的浓度梯度，实现晶体的生长。
此外，除了温度的控制外，还需要控制其他条件，如压力和溶液成分。
在很多情况下，增加压力可以提高晶体生长的速度，并减小生长中的缺陷。
此外，控制溶液中的成分浓度，可以调节晶体生长过程中的化学反应速率，使得晶体生长更加均匀。
总的来说，单晶生长的原理是通过控制温度、压力和溶液成分等条件，使得原子或分子在有序排列的晶格中逐渐沉积，最终形成完整的单晶体结构。
这种生长过程的控制对于获得高质量的单晶体具有至关重要的作用。
区熔法生长单晶
区熔法生长单晶区熔法生长单晶是一种常用的单晶生长方法，主要应用于半导体材料与光电器件的生产制造中。
下面对区熔法生长单晶的过程和特点进行介绍。
一、准备工作在进行区熔法生长单晶之前，需要对材料进行加工和精细处理。
通常情况下，采用高纯度材料，同时需要对原料进行化学反应或物理淀积。
材料加工完毕后，需要进行预热处理，以消除内部应力并使晶体材料达到最佳结晶状态。
二、区熔炉的搭建区熔炉是进行区熔法生长单晶不可缺少的设备，通常由两个石英坩埚组成，内部放置材料。
其中一个坩埚内加热电流，达到融化材料的目的，另一个坩埚则保持常温，起到控制融化区域的作用。
此外，区熔炉内置有温度计和电子控制器，用于确保温度稳定并控制材料的融化过程。
三、区熔法生长单晶的过程1. 慢速降温: 将石英坩埚内的材料加热至高温状态，然后慢慢降温，达到凝固晶体熔体的状态。
这时可以看到石英坩埚中部的熔体区域，其形态呈现出“臭皮囊”状。
2. 发生反应: 当熔体区域达到臭皮囊状时，需要注入气体以促进组分反应。
在坩埚中注入氧气，并使用抽真空的方法，将熔体区域和固体材料区域之间形成巨大的温度梯度，促使进行物种转移的发生反应。
同时通过恒定的气流混合，确保反应的可靠性和稳定性。
3. 单晶生长: 当反应条件得到满足后，即可开始进行单晶生长，此时将上一个坩埚中的熔体区域向下移动，使其覆盖到下一个坩埚中的固体材料上面，并保持温度恒定，促进单晶的纯度和长大。
如此重复进行，在相应的时间内制作出所需要的单晶。
四、区熔法生长单晶的特点1. 单晶品质高：区熔法生长单晶方法可以获得高品质的单晶体，具有优良的物理性质和化学性质，具有良好的应用前景。
2. 适用范围广：区熔法生长单晶方法不仅适用于半导体行业，也适用于其他光学及电子器件的制造。
3. 技术难度高：区熔法生长单晶方法对于设备与技术要求较高，工艺难度大。
总之，区熔法生长单晶是一种先进的单晶生长方法，具有广泛的应用前景。
但是，随着技术的不断提高，还有很多问题需要解决，例如获得高质量的单晶和提高单晶的产量等。
第七章 单晶生长方法的理论分析
直 拉 硅 单 晶 炉
(2) 坩 蜗 移 动 法 该 方 法 常 称 布 里 支 曼 (Bridgman)法，简称B—S法。该方法的特点是让 熔体在坩埚中冷却而凝固。凝固过程虽然是由坩 埚的一端开始而逐渐扩展到接个熔体，但方式却 有所不同，坩埚可以垂直放置如图6—2（a）所示。 熔体自下向上凝固、或自上而下凝固。 (将一籽 晶插入熔体上部，这样在生长初期晶体不与坩埚 壁接触，以减少缺陷)。
1．正常凝固法 正常凝固法又包括以下几种方法 (1)晶体提拉法 晶体提拉法又称“直拉法”。该方法的创始人是切克劳斯基(1．Czochrolski)，他 的论文发表于1918年。这是熔体中最常用的一种方法。虽然后来对该法有许多改进，但基本方法和原 理仍与早期方法类同，许多重要的实用晶体大都是用这种方法制备的。近年来，这种方法又得到了几 项重大改进。能够顺利地生长某些易挥发的化合物(如GaP等)和特定形状的晶体(如管状宝石和带状硅 单晶)。
1.从溶液中生长晶体法 该方法的历史最久，应用也很广泛。这种方法的基本原理是将原材料溶解在溶剂 中，采取适当的措施造成溶液的过饱和，使晶体在其中生长。例如，食盐结晶，利 用蒸发使NaCl晶体生长，从而使食盐结晶。 2.助溶剂法生长晶体（熔盐法） 助溶剂法(又称熔盐法)：该方法类似于溶液生长法。因为这种方法的生长温度较 高，故一般地又称“高温溶液生长法”。它是将晶体的原成分在高温下溶解于低熔 点的助溶剂溶液中，形成均匀的饱和溶液，然后通过慢降温，形成过饱和溶液，使 晶体析出。
坩埚也可以水平放置(使用“舟”形 坩埚)，如图6—2(b)所示，凝固过程 是通过移动固—液界面来完成，移动 界面的方式有：移动坩埚，或移动加 热炉，或降低温度均可。
2.逐区熔化法
(1)水平区熔法 区熔法的创始入是W．pfann， 他的论文发表于1952年。该方法主要用于材 料的物理提纯，也可用于生长晶体，该法的 特点是熔区被限制在一段段狭窄范围内，而 绝大部分材料处于固态。 随着熔区沿着料锭由一端向另一端缓慢移动， 晶体的生长过程也就逐渐完成。这种方法比 正常凝固法的优点是减少了坩埚对熔体的污 染，并降低了加热功率。另外，这种区熔过 程可以反复进行，从而提高了晶体的纯度或 使掺质均匀。生长装置如图6-4所示。
单晶硅片的晶体生长机理探究
单晶硅片的晶体生长机理探究概述：单晶硅片作为半导体材料的重要组成部分，在电子器件的制造中具有广泛的应用。
单晶硅片的制备过程中，晶体生长机理起着重要的作用。
本文将探究单晶硅片的晶体生长机理，从原子结构、晶体生长方法和晶体生长过程等方面进行解析。
一、原子结构对晶体生长的影响单晶硅片具有良好的结晶性和均匀性，这得益于其特殊的原子结构。
单晶硅的晶胞结构为面心立方结构，每个晶胞包含了8个硅原子，其中4个位于顶点，4个位于体心。
这种结构具有紧密堆积的特点，使得晶体生长时原子之间有较强的结合力，从而保证了晶体生长的连续性和均匀性。
二、晶体生长方法1. Czochralski法Czochralski法是目前最常用的单晶硅片生长方法。
该方法利用高温下，在一根金属坩埚中加入高纯度的初级硅原料。
通过坩埚中加热电磁感应炉形成高温环境，硅原料逐渐熔化并形成液态硅。
同时，在坩埚中悬挂一根称为“种子”的单晶硅棒，通过控制温度梯度和拉取速度，使得硅溶液从液态逐渐凝固，形成单晶硅片。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是另一种常见的单晶硅片生长方法。
该方法通过在气相中加入硅源气体和载气，利用化学反应在衬底表面沉积硅原子，逐渐形成单晶硅层。
其中，常用的化学气相沉积方法有低压化学气相沉积（LPCVD）和气相外延（epitaxial growth）等。
三、晶体生长过程在探究单晶硅片的晶体生长机理时，了解晶体生长过程是关键。
晶体生长主要包括核形成、扩散和凝固三个阶段。
1. 核形成晶体生长的第一步是核形成，即在液相中形成初级晶核。
在Czochralski法中，种子的存在起到了关键作用。
种子上的晶体结构作为模板，使得硅原子逐渐沉积并形成晶核。
晶核的形成需要克服一定的能垒，包括表面能和界面能等。
在化学气相沉积法中，晶核的形成则由气相中的化学反应控制。
2. 扩散完成核形成后，晶体生长进入扩散阶段。
在该阶段，晶核周围的硅原子不断从液相中扩散到晶核表面，使得晶体逐渐生长。
单晶生长方法
单晶生长方法单晶生长是指通过合适的方法在晶体生长过程中得到只有一个晶体结构的单晶体。
单晶体在材料科学、电子器件制造、光学等领域具有重要的应用价值。
而单晶生长方法是实现单晶体生长的关键。
一、凝固法生长单晶凝固法是一种常用的单晶生长方法，它通过控制溶液的冷却速度和晶体生长界面的温度梯度来实现单晶体的生长。
凝固法主要包括自由凝固法、拉扩法、Bridgman法、Czochralski法等。
1.自由凝固法自由凝固法是将溶液置于恒温器中，通过自由凝固来实现单晶体的生长。
溶液在恒温器中逐渐冷却，当溶液达到饱和度时，晶体开始在液面上生长。
自由凝固法适用于生长较小尺寸的单晶体。
2.拉扩法拉扩法是将溶液置于拉扩炉中，通过拉动晶体生长棒来实现单晶体的生长。
在拉扩炉中，晶体生长棒在一端浸入溶液中，通过控制晶体生长棒的升降速度和温度梯度，使晶体在生长棒上逐渐生长。
拉扩法适用于生长较长的单晶体。
3.Bridgman法Bridgman法是将溶液置于Bridgman炉中，通过控制温度梯度和晶体生长方向来实现单晶体的生长。
在Bridgman炉中，溶液逐渐冷却，晶体在溶液中逐渐生长。
Bridgman法适用于生长质量较高的单晶体。
4.Czochralski法Czochralski法是将溶液置于Czochralski炉中，通过旋转晶体生长棒和控制溶液温度来实现单晶体的生长。
在Czochralski炉中，晶体生长棒在溶液中旋转，溶液逐渐冷却，晶体在生长棒上逐渐生长。
Czochralski法适用于生长直径较大的单晶体。
二、气相法生长单晶气相法是另一种常用的单晶生长方法，它通过气相中的化学反应或物理过程来实现单晶体的生长。
气相法主要包括气相输运法、气相扩散法、气相沉积法等。
1.气相输运法气相输运法是一种通过气相中的化学反应来实现单晶体的生长。
在气相输运法中，气体中的原子或分子通过扩散和反应在基底上生长单晶体。
气相输运法适用于生长高纯度和大尺寸的单晶体。
单晶生长的模拟仿真及结果解析
单晶生长的模拟仿真及结果解析
单晶生长的模拟仿真及结果解析是半导体材料研究和制造过程中非常重要的一环。
以下是一些基本的步骤和要素:
1. 选择合适的模拟软件:根据具体的研究目的和材料类型选择合适的模拟软件。
常见的单晶生长模拟软件包括有限元分析软件(如ANSYS、CATIA、Simulink等)和数值模拟软件(如ICP-MD、蒙特卡洛模拟软件(Monte Carlo Simulation))。
2. 建立模型:在模拟软件中建立相应的模型,包括晶体生长过程的物理规律、材料参数、边界条件等。
其中,晶体生长的物理规律可以根据实验数据和理论模型进行计算或模拟。
3. 选择载荷:根据具体的研究目的和材料类型,选择相应的载荷进行模拟,如温度、压力、电场等。
4. 求解和解析:在模拟软件中进行求解和解析,得到单晶生长的参数和生长过程中的物理规律。
5. 结果后处理:对模拟结果进行后处理,如可视化、统计参数等,以便更好地理解单晶生长的机制和规律。
以下是一些常见的单晶生长模拟仿真结果后处理步骤:
1. 对模拟结果进行可视化:通过不同的图表和图像方式,如散点图、折线图、3D模型等,更好地展示模拟结果,以便更好地理解单晶生长的机制和规律。
2. 统计参数:通过可视化结果,可以识别出一些重要的参数,如生长时间、温度、压力等。
这些参数对单晶生长的影响程度较大,因
此可以对这些参数进行统计分析,以深入了解单晶生长的规律。
3. 分析单晶生长过程中的物理规律:通过对模拟结果的分析,可以更深入地了解单晶生长过程中的物理规律,如晶体的生长结构、晶格缺陷等。
这些规律对于单晶的质量控制和加工非常重要。
单晶生长
1长单晶使用的瓶子要刷干净，不一定要使用新瓶子，但是一定要干净。
（2）长单晶的过程中千万不要受到干扰：任何的触碰、晃动都可能让单晶生长过程失败。
可以设定一个观察期限，我的期限是两天。
在两天之内要让它绝对的静止，两天之后再检查。
（3）在你检查期限之外，要及时去检查并做好记录，这一次的现象是什么，析出固体，析出多晶还是什么。
然后再改变条件，避免下次重复使用相同的失败方法。
这样就可以进行下一轮的周期。
当然如果你的量够多的话，可以平行开几个不同条件的方法以提高效率。
（4）如果是使用溶剂，一定要保证你的化合物完全溶解，如果有丝毫的不溶物或者其它杂质，要把它们过滤除去，使用滤纸、砂芯甚至餐巾纸都可以很好地做到这一点。
（5）如果能提纯的话，尽量提得非常纯，我都是把化合物通过了核磁、元素表征之后再来长单晶的，这样做的好处可以是，长出来的单晶肯定是你的目标产物，避免测了一个你不想要的，要知道，单晶测试费可是很高的。
（6）选择合适的溶剂是关键，有时需要选择混合溶剂，这都需要你对你的物质充分地熟悉。
（7）不要轻易放弃！试遍所有的方法你最终将得到你智慧的结晶——单晶。
3 实验方法（1）冷冻法。
这是最简单的也是很成功的方法，将你的物质溶解在合适的溶剂中，可以加热让其完全溶解，然后放入冰箱冷冻，或者直接让其在室温中静置，单晶也许就会像花开无声一样长出来。
（2）挥发溶剂法。
让溶液敞口自然挥发溶剂以让单晶析出（对水氧敏感的话可以用氮气吹），但是这样长出的单晶可能晶型不太好，因为溶剂的不断挥发可能会导致晶型变差，这就需要你及时去检查，一旦晶体析出要停止挥发溶剂。
（3）挥发扩散。
需要一大一小两个瓶子，小瓶子中放你的样品，用少量挥发性不太好的溶剂将其溶解，如THF, benzene, chloroform, toluene, acetonitrile, methanol, 然后在较大的瓶子中放入挥发性较好的、同时也是对你的样品溶解性差的溶剂，如 diethyl ether, hexane.好了，现在把小瓶子放入大瓶子中，注意不要让小瓶子被大瓶子中的溶剂漫过。
单晶生长原理及工艺流程
单晶生长原理及工艺流程CZ法的基本原理，多晶体硅料经加热熔化，待温度合适后，经过将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等步骤，完成一根单晶锭的拉制。
炉内的传热、传质、流体力学、化学反应等过程都直接影响到单晶的生长与生长成的单晶的质量，拉晶过程中可直接控制的参数有温度场、籽晶的晶向、坩埚和生长成的单晶的旋转与升降速率，炉内保护气体的种类、流向、流速、压力等。
CZ法生长的具体工艺过程包括装料与熔料、熔接、细颈、放肩、转肩、等径生长和收尾这样几个阶段。
1．装料、熔料阶段是CZ生长过程的第一个阶段，这一阶段看起来似乎很简单，但是这一阶段操作正确与否往往关系到生长过程的成败。
大多数造成重大损失的事故(如坩埚破裂)都发生在或起源于这一·阶段。
2．籽晶与熔硅的熔接当硅料全部熔化后，调整加热功率以控制熔体的温度。
一般情况下，有两个传感器分别监测熔体表面和加热器保温罩石墨圆筒的温度，在热场和拉晶工艺改变不大的情况下，上一炉的温度读数可作为参考来设定引晶温度。
按工艺要求调整气体的流量、压力、坩埚位置、晶转、埚转。
硅料全部熔化后熔体必须有一定的稳定时间达到熔体温度和熔体的流动的稳定。
装料量越大，则所需时间越长。
待熔体稳定后，降下籽晶至离液面3～5mm距离，使粒晶预热，以减少籽经与熔硅的温度差，从而减少籽晶与熔硅接触时在籽晶中产生的热应力。
预热后，下降籽晶至熔体的表面，让它们充分接触，这一过程称为熔接。
在熔接过程中要注意观察所发生的现象来判断熔硅表面的温度是否合适，在合适的温度下，熔接后在界面处会逐渐产生由固液气三相交接处的弯月面所导致的光环(通常称为“光圈”)，并逐渐由光环的一部分变成完整的圆形光环，温度过高会使籽晶熔断，温度过低，将不会出现弯月面光环，甚至长出多晶。
熟练的操作人员，能根据弯月面光环的宽度及明亮程度来判断熔体的温度是否合适。
3．引细颈虽然籽晶都是采用无位错硅单晶制备的[16～19]，但是当籽晶插入熔体时，由于受到籽晶与熔硅的温度差所造成的热应力和表面张力的作用会产生位错。
单晶长大的原理
单晶长大的原理单晶生长是一种将溶液或熔体中的一个组分沉积在单一晶体种子上的过程。
通过这个过程，可以制备出各种材料的高质量和大尺寸的单晶。
单晶材料广泛应用于电子、光电、光学、化学、生物和医学等领域。
单晶的质量和形状决定了材料的性能，因此单晶生长技术对于材料研究和应用具有重要意义。
单晶生长的原理涉及到晶体的核形成、生长和成长过程。
下面我将详细介绍这三个过程。
首先是核形成。
当材料的过饱和度达到一定程度时，晶芯就会在溶液或熔体中形成。
过饱和度是指溶液中某一组分的浓度超过了平衡浓度的程度。
过饱和度越高，晶核形成的机会越多。
晶芯的形状和尺寸对于单晶生长非常重要。
晶核的形成可以通过两种方式：异质核与同质核。
异质核发生在晶体表面、容器表面或杂质上，这是因为这些位置有较高的过饱和度。
同质核发生在溶液或熔体中，这需要较高的能垒和较长的时间。
然后是晶体生长。
晶核形成后，晶体结构会沿着一定的方向生长，将溶液或熔体中的组分吸附到晶核上。
晶体生长一般分为表面生长和体积生长两种方式。
表面生长是指溶质从溶液或熔体中被吸附到晶体的表面上，沿着晶面方向扩展。
这个过程受到晶面的几何形状和溶液性质的影响。
晶体的表面形态决定了晶体的外形和表面特性。
体积生长是指溶质沉积在晶体内部，通过晶体内部的扩散和质量传递来增长晶体的体积。
溶质从溶液或熔体中向晶体内部扩散，并在晶界附近的溶解区域重新结晶。
晶体的体积生长速率与扩散速率、溶解速率和晶界的运动速率相关。
最后是晶体成长。
晶体成长是晶体在朝向最大的过饱和度变化方向生长，吸收溶液或熔体中的溶质使晶体增长。
晶体成长速率与过饱和度、溶质浓度、温度、质量传递速率等因素有关。
通过调控这些因素，可以控制晶体的尺寸、形态和品质。
单晶生长技术有多种方法，包括溶液生长、熔体生长、气相生长和固相生长等。
每种方法都有其特点和适用范围。
例如，溶液生长适用于溶解度较高的物质，熔体生长适用于高熔点的物质，气相生长适用于易挥发的物质等。
单晶的生长方法
单晶的生长方法晶体生长的一般条件在实验室进行的结晶过程大多数温度保持相对恒定，震动级别最小，样品保存在黑暗处。
这常常放在一个小碗橱，密闭、背阴的房间。
记住对流一般来说是你的敌人应试图保持温度相对恒定。
另外对于在狭窄的容器中高粘度溶剂其与温度梯度无关对流相对的低。
.因为结晶总是需要时间，化学家常常不耐烦以至于经常去检查样品。
应避免剧烈的动作，因为这种操作会对优化晶体生长有害。
因此，我推荐不要还没超过一天就去检查他们的样品。
溶剂性质和饱和溶液晶体生长必须在饱和溶液中。
为优化结晶生长，化合物在结晶条件下应当适当溶解。
假如饱和时溶解度太大，倾向于得到在一起的丛生晶体。
假如溶解的太少，没有足够的溶质供应晶体表面的生长，会倾向于得到小晶体。
为得到正确的溶解性，应正确的匹配溶质和溶剂。
人们在开始的时候应从文献上查询溶剂的参数如溶剂的极性和介电常数或凭个人的经验。
无论如何最好的程序是通过系统的试验不同的溶剂或溶剂组合直到找到6种左右的能适当溶解样品的溶剂。
从我的经历来看，中心或离子的金属有机、无机、有机化合物随着化合物的种类不同，溶剂非常不一样。
有时，典型的培养单晶最成功的例子是使用了三种的混合溶剂，分别是二氯甲烷、甲苯、正己烷。
其他的一些不常用如三氯甲烷、乙腈、丙酮、乙醇、甲醇、四氢呋喃、和乙醚。
通过经验和认真实验，你会找到适合你的体系的溶剂组合。
缓慢蒸发溶剂长单晶这是一个广泛使用生长单晶的办法,就是将目标分子的不完全饱和溶液慢慢地蒸发除去其中的溶剂。
一旦达到饱和,晶体开始形成不断的蒸发使溶质分子不断在晶体的生长面上添加。
典型的实验方法如下: •在一个地方溶液放在一个小瓶或管里,塞子上留有一个小的针孔以便让溶剂分子慢慢的扩散出去。
•在一个地方溶液放在一个小瓶或管里,塞子由可以透过溶剂蒸气的材料制成•对空气敏感的化合物，人们可以把这些程序应用在惰气条件下（例如，手套箱，手套袋或大的容器像广口瓶及干燥器。
冷却结晶几乎所有的情况溶解度随温度而减少,利用这个特点可以使溶质在一定温度下溶解在溶剂中接近饱和，然后让系统降温。
溶液法生长单晶
定义：溶液法生长晶体是指首先将晶体的组 成元素（溶质）溶解在另一溶液（溶剂）中， 然后通过改变温度、蒸汽压等状态参数，获 得过饱和溶液，最后使溶质从溶液中析出， 形成晶体的方法。
• 溶液法生长单晶主要包括低温溶液、热液、 和高温热液等生长方法。 • 低温溶液培育单晶优点：i) 温度低，易于选 择仪器装置;ii) 易生长均匀性良好的大块单 晶iii) 晶体外形完整可用肉眼观察生长过程。 缺点：i) 组分多，杂质不可避免；ii) 生长速 度慢，周期长；iii) 晶体易于潮解，应用的 温度范围窄。 一、 低温溶液法 低温溶液单晶法又可分为降温法、蒸发法、 凝胶法。
1、降温法
• 原理：程控降温，使溶液 始终处于亚稳相和适宜的 过饱和度状态，促使晶体 正常始终 • 操作技术要点： 1、配制溶液，测定 溶液饱和点和稳定性； 2、溶液过热处理 2~3 小时；预热晶种装槽时， 使晶种微溶； 3、长成后，放出溶液， 降至室温，取出晶体， 进行干燥
2、蒸发法
• 原理：将溶剂不断的 蒸出，从而保证溶液 始终处于过饱和状态。 • 技术要求与降温法基 本相同，不同之处是 根据冷凝水的蒸发量 来确定晶体生长情况， 即随着晶体的长大逐 渐增加蒸发量
ห้องสมุดไป่ตู้
三、热液法
• 热液法生长单晶，又分为水 热法和溶剂热法，区别为溶 剂不同。 • 热液法生长操作要点：装料 ----将原料装入高压釜底部 溶解区，籽晶高悬在顶部生 长区，釜内转满溶剂介质矿 化剂和水；晶体生长----温 差产生强烈对流，使熔融原 料进入生长区，形成过饱和 溶液，析晶
1、缓慢降温法
• 计算机程控降温。
• 注意起始时，籽晶较 小，需精确控制降温 速度，以免籽晶产生 缺陷和杂晶
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3.阅读文献
1.引晶的重复性（reproducible seeding）：引晶过程的可重复性很 大程度上取决于坩埚底部温度的精确控制。 表一核实的其引晶过程的可重复性: 引晶过程中的界面位臵20+1mm， 温度波动2012+1摄氏度。
3.阅读文献
2.晶籽大小影响。 3.不同的引晶位臵。
晶籽中的小角度晶界传播到了晶体中，在扩肩的部分产生了残 余应力。 推测：LAGB可能是由于晶籽和坩埚接触部分的气泡，或者熔 体和坩埚壁粘着应力产生的，还有一些残余应力是由于冷却过 程中的热应力产生的。但是大部分的这些缺陷在生长过程中逐 渐消失。
HEM：
优点：坩埚、晶体及加热区都未移动，可避免机械运动产生熔 体涡流和热量对流，避免固液界面见浓度和温度波动。 缺点：1.钼坩埚与蓝宝石单晶的热膨胀系数不一致 2. 晶体中出现气泡、杂志坑及散射中心等缺陷。产生寄 生成核 3.必须精确控制氦气流速来控制晶体生长速率，设备条 件要求苛刻，运行成本较高。
2.制备方法——泡生法(KYM)
原理：先将原料熔化形成熔体，籽晶以极缓慢 的速度往上拉升，一段时间后形成晶颈，待熔 体与籽晶界面的凝固速率稳定后，籽晶便不再 拉升，也不作旋转，仅以控制冷却速率方式来 使单晶从上方逐渐往下凝固。
2.制备方法——布里奇曼法（Bridgman）
原理：在通过加热区域时,坩埚中的材料被熔 融,当坩埚持续下降时,坩埚底部的温度先下降 到熔点以下,并开始结晶,晶体随坩埚下降而持 续长大。
加热区：T1>T熔 梯度区：T2布里奇曼法
组 成 系 统
炉体：通过多温区的设计实现一维温度梯度 机械传动装臵：控制坩埚和温度场的相对运动 支撑结构：主要为减震装臵。
垂直布里奇曼法 水平布里奇曼法
2.制备方法——热交换法（HEM） 原理：利用热交换器来带走热量，使得晶体生 长区内形成一下冷上热的纵向温度梯度，同时 由控制热交换器内气体（一般为氦气） 流量的大小以及改变加热 功率的高低来控制此温度 梯度，使坩埚内熔体由下 慢慢向上凝固成晶体。
4.总结
熔体生长方式生长单晶体方法的核心在于精 确控制温度场，适当的生长速度，和合理的 晶籽形状有助于减少晶体中的缺陷。
谢谢
泡生法：
优点：1. 精确控制它的冷却速度，减小热应力，避免坩埚污染 2. 温度扰动和机械扰动可被熔体减小以致消除 缺点：1.本身制约了温度场的合理化设计。 2.钨钼材料具有大的热导率很，使得泡生法炉体下半部 分温度梯度非常小，甚至会造成类似于温梯法那样的倒臵梯度。
2.制备方法——比较
布里奇曼法：
优点：1. 对称的温度场和对流模式 2.维持一个相对稳定的一维温度场 缺点：1. 液流作用、传动装臵的振动和温度的波动 2.由于晶体和坩埚的膨胀系数的差异。 3. 晶体容易被污染，或者产生寄生成核。
熔 体 生 长
2.制备方法——提拉法(CZM)
原理：提拉法是将构成晶体的原料放在坩埚中加热 熔化，在熔体表面接籽晶提拉熔体，在受控条件下， 使籽晶和熔体在交界面上不断进行原子或分子的重 新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体
2.制备方法——提拉法
加热系统 组成系统： 坩埚和籽晶夹 传动系统 后加热器 生长要点： 温度控制：要求在固液界面处保持熔点温度，保证籽晶 周围一定的过冷度，其余部分保持过热。 提拉速率，旋转速率：提拉的速率决定晶体生长速度。 适当的转速，可对熔体产生搅拌，达到减少径向温度梯 度，阻止组分过冷的目的。 坩埚：高稳定性，高纯度，导热性，热膨胀性。
3.阅读文献
实验名称：垂直布里奇曼法生长蓝宝石晶体 实验目的：引晶过程中坩埚底部的精确控温方法探究，晶籽形状对 晶体质量的影响。 实验条件： 1.温度分布如图。 2.W坩埚 3.石墨加热器 4.100KpaAr气氛 5.晶籽形状：小 直径，锥形，等 径的三种。 6.坩埚底部精确 控温系统。
3.阅读文献
3.阅读文献
4.不同的扩肩形状：图中观察， 不同的扩肩形状对LAGB影响不 是很大。
结论： 1.从晶籽中LAGB传播到晶体中， 呈圆形，偏光器图片中没有明显 的缺陷。结论X-ray中的LAGB和 残余应力是比较小的，在偏光图 片中没有被检测出来。 2.小直径的晶籽可以很好的引晶 重复性，轻微的LAGB会从晶籽 中传播到晶体中，并不能完全的 去掉。
2.制备方法——四种方法的比较
目的：尽量减少单晶体中的缺陷（晶界，位 错，气泡，杂质元素）。 影响因素： 1.坩埚 2.封闭性 3.温度场控制 4.生长速度控制（固液界面的移动速度）
2.制备方法——比较
提 拉 法
热 交 换 法
布 里 奇 曼 法
泡生法
2.制备方法——比较
提拉法：
优点：1. 可直接进行测试与观察。 2. 不与坩埚相接触，减小应力，防止寄生成核。 3. 定向籽晶和“缩颈”工艺。 缺点：1.高温下,坩埚材料对晶体可能产生污染。 2.熔体的液流作用、传动装臵的振动和温度的波动。
实验过程：1.装料：将晶籽和氧化铝装入坩埚。 2.熔化:提升坩埚进入高温区，直到全部的原料熔化 3.引晶：缓慢提升坩埚，使晶籽部分熔化，温度梯度 为10摄氏度/cm. 4.晶体生长：下降坩埚，3mm/h。 5.将晶体冷却至室温。
检测装臵：绿色激光器来观察晶体中的界面。 偏光器检测晶体中的LAGB（小角度晶界）（是使平 面偏振光垂直相交，光线通不过的原理制造的一种简单的光学仪 器，用以检测宝石的光性）， X-ray检测晶体中的小角度晶界，位错，残余应力。 实验结果和讨论：
单晶体生长
1. 背景介绍 2.制备方法 3.阅读文献 4.总结
1.背景介绍
1.单晶体： 单晶体是指样品中所含分子（原子或离子） 在三维空间中呈规则、周期排列的一种固体 状态。 2.应用： 单晶硅是电子元件和激光元件的主要原料
1.背景介绍
航空喷漆发动机叶片等特殊零件。
2.制备方法
提拉法 泡生法 布里奇曼法 热交换法