三种长晶方法探讨
晶体生长方法
晶体生长方法一、提拉法晶体提拉法的创始人是J. Czochralski，他的论文发表于1918年。
提拉法是熔体生长中最常用的一种方法，许多重要的实用晶体就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，如采用液封的方式（液封提拉法，LEC），能够顺利地生长某些易挥发的化合物（GaP等）；采用导模的方式（导模提拉法）生长特定形状的晶体（如管状宝石和带状硅单晶等）。
所谓提拉法，是指在合理的温场下，将装在籽晶杆上的籽晶下端，下到熔体的原料中，籽晶杆在旋转马达及提升机构的作用下，一边旋转一边缓慢地向上提拉，经过缩颈、扩肩、转肩、等径、收尾、拉脱等几个工艺阶段，生长出几何形状及内在质量都合格单晶的过程。
这种方法的主要优点是：(a)在生长过程中，可以方便地观察晶体的生长情况；(b)晶体在熔体的自由表面处生长，而不与坩埚相接触，这样能显著减小晶体的应力并防止坩埚壁上的寄生成核；(c)可以方便地使用定向籽晶与“缩颈”工艺，得到完整的籽晶和所需取向的晶体。
提拉法的最大优点在于能够以较快的速率生长较高质量的晶体。
提拉法中通常采用高温难熔氧化物，如氧化锆、氧化铝等作保温材料，使炉体内呈弱氧化气氛，对坩埚有氧化作用，并容易对熔体造成污杂，在晶体中形成包裹物等缺陷；对于那些反应性较强或熔点极高的材料，难以找到合适的坩埚来盛装它们，就不得不改用其它生长方法。
二、热交换法热交换法是由D. Viechnicki和F. Schmid于1974年发明的一种长晶方法。
其原理是：定向凝固结晶法，晶体生长驱动力来自固液界面上的温度梯度。
特点：(1) 热交换法晶体生长中，采用钼坩埚，石墨加热体，氩气为保护气体，熔体中的温度梯度和晶体中的温度梯度分别由发热体和热交换器（靠He作为热交换介质）来控制，因此可独立地控制固体和熔体中的温度梯度；(2) 固液界面浸没于熔体表面，整个晶体生长过程中，坩埚、晶体、热交换器都处于静止状态，处于稳定温度场中，而且熔体中的温度梯度与重力场方向相反，熔体既不产生自然对流也没有强迫对流；(3) HEM法最大优点是在晶体生长结束后，通过调节氦气流量与炉子加热功率，实现原位退火，避免了因冷却速度而产生的热应力；(4) HEM可用于生长具有特定形状要求的晶体。
晶体材料基础第九讲 晶体生长方法
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二、溶液中晶体生长的平衡
1、平衡和结晶过程的驱动力
平衡
可把晶体生长看成是多相化学反应。
当固体物质A在溶剂中溶解并达到饱和时，可用下述化学平 衡方程式描述：
A固 A溶液
K = [a]e [a]e(s)
平衡常数
饱和溶液中的平衡活度 固相中的平衡活度
通常选取标准状态，使固体物质的活度等于1，此时， K = [a]e
4
A、水溶液生长
从海水中提取食盐就是水溶液生长晶体最简单的例子。 ——用日晒蒸发让NaCl从海水中自发形成晶核，随意生长。
要获得光学质量好、尺寸大的单晶，就必须严格控制晶体的生长速度， 使构成晶体的离子严格按照其点阵结构各就各位地进行排列，形成结构 完整的晶体，
就必须掌握溶质在水中的溶解度及溶解度随温度的变化，并在溶液中放 上一个或几个籽晶，使溶质在籽晶上析出，慢慢地沿着一定的结构方向 生长。
过程。
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1897年Ostwald首先引入“不稳过饱和”和“亚稳过饱和” 的概念。
他把在无晶核存在下能自发析出固相的过饱和溶液称为 “不稳过饱和”溶液；
而把不能自发析出固相的过饱和溶液称为“亚稳过饱和” 溶液。
随后，Miers 对自发结晶和过饱和度之间的关系进行了广 泛的研究。发现：在溶解度曲线上方还有一条溶液开始自 发结晶的界限，称为过饱和曲线。
措施使溶液达到过饱和状态，使晶体在其中生长。 水溶液生长
分
水热法
类
高温溶液法 （助熔剂法、熔盐法）
生长条件
压力
温度
溶剂
水溶液生长 水热法
高温溶液法
常压
低温( <100oC)
高压(200-10000atm) 高温(200-1100oC)
使用化学技术进行晶体生长的技巧分享
使用化学技术进行晶体生长的技巧分享晶体是许多领域中的重要材料，例如电子器件、光电子器件、光学器件等。
为了获得高质量的晶体，科学家们在晶体生长领域进行了长期的研究和探索。
本文将分享一些使用化学技术进行晶体生长的技巧。
一、选择适当的晶体生长方法晶体生长方法有很多种，常见的有溶液法、气相法、熔融法等。
在选择晶体生长方法时，需要考虑晶体材料的性质以及需要的晶体形态。
溶液法适用于大多数晶体材料，尤其是具有良好溶解性的化合物。
气相法适用于高蒸汽压的物质，可以获得高质量的晶体。
熔融法适用于高熔点物质的生长，可以通过控制温度梯度来获得晶体。
二、合适的溶液配比在溶液法生长晶体时，溶液的配比对晶体生长至关重要。
合适的溶液配比可以提供适宜的溶质浓度和过饱和度，促进晶体生长。
在选择溶剂和溶质时，需要考虑它们之间的溶解度和溶解度曲线，以及相应的结构和形貌。
三、控制晶体生长条件晶体生长的条件对晶体质量具有重要影响。
温度、溶液浓度、pH值、搅拌速度等因素都可以影响晶体生长。
温度是最基本的因素之一，通常需要根据晶体材料的性质和生长机制进行调节。
溶液浓度和pH值可以通过改变溶质或溶剂的浓度来调控。
搅拌速度影响晶体生长速率和形貌，适当的搅拌速度可获得均匀尺寸和形状的晶体。
四、添加晶体生长助剂晶体生长助剂是一种常用的技术手段，可以改善晶体生长的质量和效率。
常见的晶体生长助剂有表面活性剂、缓冲剂、复配剂等。
表面活性剂可以调节晶体表面张力，改变晶体形貌和尺寸。
缓冲剂可以保持溶液pH值的稳定，防止晶体生长过程中出现酸碱性变化。
复配剂可以改变晶体生长条件，提高晶体质量和纯度。
五、晶体生长监测与控制监测和控制晶体生长过程对获得高质量晶体至关重要。
常用的监测方法有显微镜观察、X射线衍射、热重分析等。
显微镜观察可以直观地观察晶体生长过程和晶体形貌。
X射线衍射可以确定晶体的晶体结构和完整性。
热重分析可以确定晶体的纯度和热稳定性。
根据监测结果，可以调整晶体生长条件，优化晶体生长过程。
如何长单晶
如何长单晶所谓单晶(monocrystal, monocrystalline, single crystal)，即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。
单晶整个晶格是连续的，具有重要的工业应用。
在有机合成中，培养单晶主要是为了通过X-RAY确认结构。
一、长单晶经验简单总结：1、低温缓慢挥发。
一般保持在－20度，用微量真空缓慢抽去溶剂。
通常24～48小时里就可以见到结果，成不成。
这个方法需要注意添加液氮和干冰。
此方法适于室温和空气中不太稳定的化合物。
2、高温溶解缓慢降温。
通常采取高沸点的溶剂溶解样品，然后用铝薄膜包住整个油浴，停止加热，令其温度缓慢下降到室温，再保持1到2天，让过饱和的溶液尽量结晶出来。
这个方法需要注意，降温不能太快，还要注意溶液的浓度。
此方法适合于化合物溶解度差异比较大，而且对无水无氧要求的化合物比较合适。
3、混和溶剂挥发。
用易挥发良溶剂溶解样品，然后小心加入不良溶剂，尽量保持分层状态，令其自我缓慢扩散。
这个方法需要注意溶剂搭配选择。
4、简单挥发。
也就是用溶剂溶解之后，用septum封住，然后插根细针头，令其缓慢挥发。
5、浓缩。
样品溶解于溶剂之后，加一个90度弯管和一个接受瓶。
整个体系稍微抽一点点真空，接受瓶用干冰冷却，令溶剂蒸气在接受瓶里面缓慢冷凝下来，直到有单晶形成。
这个方法需要注意冷凝速度，太快不能得到单晶。
6、溶剂扩散。
这是上面（3）的变通。
加工一底下细瓶颈的带teflon stopper的长管。
用良溶剂把少量样品溶解，转入长管，体积大概1～2 mL，加的量刚好在细瓶颈中间。
然后直立长管，在上面加入不良溶剂直到接近上面的出口，堵死。
之后，小心令长管直立绑在没有振动的地方，让溶剂缓慢相互扩散。
此方法适合于少量样品，无水无氧操作。
7、核磁管办法。
这个跟上面的（4）差不多，量少而且需要耐心等待。
几种典型的晶体生长方法.
遇到的主要问题是：
如何有效地控制成核数目和成核位臵； 如何提高溶质的扩散速度和晶体的生长 速度； 如何提高溶质的溶解度和加大晶体的生 长尺寸； 如何控制晶体的成分和掺质的均匀性。
⑹ 水热法 基本原理：
使用特殊设计的装臵，人为地创造一个高 温高压环境，由于高温高压下水的解离常数 增大、黏度大大降低、水分子和离子的活动 性增加，可使那些在通常条件下不溶或难溶 于水的物质溶解度、水解程度极大提高，从 而快速反应合成新的产物。 可分为温差法、等温法和降温法等。
助熔剂提拉法
自发成核的缓冷生长法
Tb3
Sm3
Nd 3
Er 3
Gd 3
Eu 3
Dy 3
Na5 RE WO4 4 系列基质发光晶体
助熔剂法的特点及不足简单，适应性强，特别适用于新材料的探 索和研究； 生长温度低，特别适宜生长难熔化合物、在熔 点处极易挥发、变价或相变的材料，以及非同 成分熔融化合物； 只要采取适当的措施，可生长比熔体法生长的 晶体热应力更小、更均匀和完整； 生长速度慢，生长周期较长，晶体尺寸较小； 助熔剂往往带有腐蚀性或毒性； 由于采用的助熔剂往往是多种组分的，各组分 间的相互干扰和污染是很难避免的。
⑸ 高温溶液法
将晶体的原成分在常压高温下溶解于低熔 点助熔剂溶液内，形成均匀的饱和溶液；然后 通过缓慢降温或其他方法，形成过饱和溶液而 使晶体析出。 良好的助熔剂需要具备下述物理化学性质： • 应具有足够强的溶解能力，在生长温度范围内， 溶解度要有足够大的变化； • 在尽可能宽的范围内，所要的晶体是唯一的稳 定相。最好选取与晶体具有相同离子的助熔剂， 而避免选取性质与晶体成分相近的其他化合物；
切割好的籽晶
籽晶培养
晶体生长方法综述
如称为水在KNO3中的溶液时不符合习惯的叫法。
通常称该体系为熔体，即KNO3“熔化”在少量的水中。
从熔体中生长晶体是制备大单晶和特定形状的单晶 最常用和最重要的一种方法。电子学、光学等现代 技术应用中所需的单晶材料，大部分是用熔体生长 方法制备的。 如：Si、Ge、GaAs、LiNbO3、Nd:YAG、Al2O3等。 硅单晶年产量约1x108Kg（即1万吨，1997年）
适宜于降温法生长的几种材料
优点： • 晶体可在远低于其熔点的温度下生长。有许多晶体不到熔点 就分解或发生不希望有的晶型转变，有的在熔化时有很高的 蒸汽压（高温下某种组分的挥发将使熔体偏离所需要的成 分）。在低温下使晶体生长的热源和生长容器也较易选择。 • 降低粘度。有些晶体在熔化状态时粘度很大，冷却时不能形 成晶体而成为玻璃。溶液法采用低粘度的溶剂可避免这一问 题。 • 容易长成大块的、均匀性良好的晶体，且有较完整的外形。 • 在多数情况下，可直接观察晶体生长过程，便于对晶体生长 动力学的研究。 缺点：组分多，影响晶体生长的因素比较复杂，生长速度慢， 周期长（一般需要数十天乃至一年以上）；对控温精度要求高 （经验表明，为培养高质量的晶体，温度波动一般不易超过百 分之几，甚至是千分之几度。
VO2 V2O3
固－固法生长晶体，主要是依靠在固体材料中的扩散，使 多晶或非晶转变为单晶。由于固体中的扩散速率非常小， 用此法难于得到大块晶体。在晶体生长中采用得不多。
• 晶体生长属于材料科学并为其发展前沿 • 一些高新技术的发展，无一不和晶体材 料密切相关。 目前，材料科学发展面临的重要任务之一，就是实现材 料指定性能的设计。 根据使用的技术要求对材料的组成和结构进行设计或重 新组装，以满足各种新技术的要求，这是材料发展的必 由之路。 由于扫描透射显微镜、扫描隧道显微镜和现代大型电子 计算机技术的发展，使人们可以在直接观察下控制原子 的行为，按需要去排布原子。人们所追求的按指定性能 设计材料的愿望将逐步得到实现。
长晶体的技巧。(无机、配位、金属有机的研究者必备)
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是的，首先所用的仪器要干净，其次挥发溶剂不能太快，仪器上面盖一层保鲜膜，用针刺上几个小孔，慢慢挥发。
还有好多方面要注意的。
祝你成功！单晶培养的经验1.单晶培养的方法多种多样，我们没必要掌握那些难以操作的，如升华法、共结晶法等。
最简单的最实用。
常用的有1.溶剂缓慢挥发法；2.液相扩散法；3.气相扩散法。
99％的单晶是用以上三种方法培养出来的。
2.单晶培养所需样品用量一般以10－25mg为佳，如果你只有2mg左右样品，也没关系，但这时就要选择液相扩散法和气相扩散法，不能使用溶剂缓慢挥发法。
3.单晶培养的样品的预处理样品溶解后一定要过滤，不能用滤纸，而是用一小团棉花轻轻的塞在滴管的中下部或下部，不要塞太紧，否则流的太慢。
样品当然是越纯越好，不过如果实在没办法弄纯也没关系，培养一次就相当于提纯了一次，我经常用一些TLC显示有杂点的东西长单晶，但得多养几次。
单晶生长方法介绍
实验发现，由于石英的溶解，溶液的电导率下降大，表明溶液中 OH—离子和Na＋离子明显减少。这就说 明，OH—离子和Na＋离子 参与了石英溶 解反应。 有人认为，石英在NaOH溶液中的化学反应生成物以Si3O72-为主要形式， 而在Na2CO3溶液中则以SiO32- 为主要形式。它是氢氧离子和碱金属与石 英表面没有补偿电荷的硅离子和氧离子等起化学反应的结果。故，石英在 NaOH溶液中的溶解反应可用下式表示: SiO2(石英) + (2x-4)NaOH = Na(2x-4)SOx + (x-2) H2O
种类很多，原理和作用是 利用液体蒸发产生的温降 使晶体生长，液体称为载 冷剂，有水、醇类等。
主要仪器：擎晶装臵
蒸发冷却器（可组装）
蒸发法制备单晶示意图
蒸发法育晶装臵
1. 底部加热器 2. 晶体 3. 冷凝器 4. 冷却水 5. 虹吸管 6. 量筒 7. 接触控制器 8. 温度计 9. 水封
3 、水热合成法
3、现代生长技术体系划分与衍生
(CaF，CsI)
自动提拉法 焰熔法 坩埚下降法 导模提拉法 液封提拉法 焰熔法磁场提拉法 微重力法 双坩埚法 气体分解 气体合成（GaN,SiC） 金属有机物(MOCVD) 升华凝结法 分子束法 阴极溅射法 水热合成法（水晶） 蒸发法 降温法（ADP、DKDP) 凝胶法
NaSi3O7－ + H2O ＝ Si3O6－ + Na+ + 2OH－
NaSi3O5－ + H2O ＝ Si2O4 － + Na+ + 2OH— ② 活化了的离子受生长体表面活性中心的吸引(静电引 力、化学引力和范德华引力)，穿过生长表面的扩散 层而沉降到石英体表面。 关于水晶晶面的活化，有不同的观点，有人以为是由 于晶面的羟基所致，所以产生如下反应，形成新的晶胞层： Si-OH + (Si-O)- → Si-O-Si + OH-
晶体生长方法(新)
晶体生长方法1) 提拉法（Czochralski,Cz ）晶体提拉法的创始人是J. Czochralski ，他的论文发表于1918年。
提拉法是熔体生长中最常用的一种方法，许多重要的实用晶体就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，如采用液封的方式（液封提拉法，LEC ），如图1，能够顺利地生长某些易挥发的化合物（GaP 等）；采用导模的方式（导模提拉法）生长特定形状的晶体（如管状宝石和带状硅单晶等）。
所谓提拉法，是指在合理的温场下，将装在籽晶杆上的籽晶下端，下到熔体的原料中，籽晶杆在旋转马达及提升机构的作用下，一边旋转一边缓慢地向上提拉，经过缩颈、扩肩、转肩、等径、收尾、拉脱等几个工艺阶段，生长出几何形状及内在质量都合格单晶的过程。
这种方法的主要优点是：(a) 在生长过程中，可以方便地观察晶体的生长情况；(b) 晶体在熔体的自由表面处生长，而不与坩埚相接触，这样能显著减小晶体的应力并防止坩埚壁上的寄生成核；(c) 可以方便地使用定向籽晶与“缩颈”工艺，得到完整的籽晶和所需取向的晶体。
提拉法的最大优点在于能够以较快的速率生长较高质量的晶体。
提拉法中通常采用高温难熔氧化物，如氧化锆、氧化铝等作保温材料，使炉体内呈弱氧化气氛，对坩埚有氧化作用，并容易对熔体造成污杂，在晶体中形成包裹物等缺陷；对于那些反应性较强或熔点极高的材料，难以找到合适的坩埚来盛装它们，就不得不改用其它生长方法。
图1 提拉法晶体生长装置结构示意图2)热交换法（Heat Exchange Method, HEM）热交换法是由D. Viechnicki和F.Schmid于1974年发明的一种长晶方法。
其原理是：定向凝固结晶法，晶体生长驱动力来自固液界面上的温度梯度。
特点：(1) 热交换法晶体生长中，采用钼坩埚，石墨加热体，氩气为保护气体，熔体中的温度梯度和晶体中的温度梯度分别由发热体和热交换器（靠He作为热交换介质）来控制，因此可独立地控制固体和熔体中的温度梯度；(2) 固液界面浸没于熔体表面，整个晶体生长过程中，坩埚、晶体、热交换器都处于静止状态，处于稳定温度场中，而且熔体中的温度梯度与重力场方向相反，熔体既不产生自然对流也没有强迫对流；(3) HEM法最大优点是在晶体生长结束后，通过调节氦气流量与炉子加热功率，实现原位退火，避免了因冷却速度而产生的热应力；(4) HEM可用于生长具有图2HEM晶体生长装置结构示意图特定形状要求的晶体。
半导体晶体的生长和性能研究
半导体晶体的生长和性能研究半导体晶体是半导体材料的基础，许多电子元器件如晶体管、太阳能电池、传感器等都依赖于高质量的半导体晶体。
因此，半导体晶体的生长和性能研究至关重要。
一、半导体晶体的生长半导体晶体的生长可以通过多种方法进行，其中最常见的是气相传输法和液相传输法。
气相传输法是将半导体材料的原料放入反应室中，通过控制温度和压力，将气体反应产物沉积在衬底上，形成晶体。
一般情况下，衬底材料采用的是单晶硅或蓝宝石材料。
液相传输法是将半导体材料的原料溶解在熔融溶液中，通过控制温度和成分，使其沉积在衬底上，形成晶体。
液相传输法的优点是可以生长大尺寸晶体，缺点是晶体质量相对较低。
除了气相传输法和液相传输法，还有分子束外延法、金属有机化学气相沉积法、分子束外延法等多种生长半导体晶体的方法，每种方法都有其独特的优点和适用范围。
二、半导体晶体的性能研究半导体晶体的性能研究主要包括晶体结构、晶格畸变、电性能等方面。
晶体结构是半导体晶体的基础，它的稳定性和完整性对于其电性能有着决定性的影响。
同时，晶体结构的理解和研究也是制备高性能半导体材料的关键。
X射线衍射、扫描电子显微镜等技术是研究晶体结构的主要手段。
晶格畸变是指半导体晶体中出现的位错、晶界、界面等问题，通常会影响其电性能、光学性能等方面。
如何解决晶格畸变问题也是半导体材料研究的重要方向之一。
借助电子显微镜等技术可以观察晶格畸变的微观结构。
电性能是一种最为关键的性能特征，它决定了半导体晶体能否发挥高效率的电子元件功能。
电性能研究的重要手段是霍尔效应、电导率等测试技术。
总之，半导体晶体的生长和性能研究是材料科学的重要分支之一。
随着科技的不断发展和半导体电子器件在各个领域中的广泛应用，半导体晶体研究可以对推动人类社会的进步和科技创新做出重要贡献。
晶体生长方法综述
溶液法生长晶体不同晶体根据技术要求可采用一种或几种不同的方法生长。
这就造成了人工晶体生长方法的多样性及生长设备和生长技术的复杂性。
以下主要介绍溶液法生长晶体。
饱和与过饱和从溶液中结晶，是自然界中大量存在的一种结晶方式。
今天，用人工的方法从溶液中培养大块优质单晶体，已经成为应用最广泛、工艺最成熟的一种生长方法了。
从溶液中生长晶体时，最重要的问题是溶解度，它是众多的生长参数中最基本的数据。
溶解度可以用在一定的条件（温度、压力等）下饱和溶液的浓度来表示，与溶质固相处于平衡状态的溶液则称为该物质的饱和溶液。
但实际上，溶液中所含的溶质量比在同一条件下，饱和溶液中所含的溶质量要多，这样的溶液称为过饱和溶液。
溶液都有程度不同的过饱和现象。
对于某一特定的溶剂，人们测定出它的溶解度与温度之间的关系，并将它们的关系绘制成曲线，得到的就是溶解度曲线，对于从溶液中培养晶体，溶解度曲线的测定是非常重要的。
它是选择生长方法和生长温度的重要依据。
在我们所讨论的溶液体系中，压力对溶解度的影响是很小的，而温度的影响却十分显著。
降温法此方法是从溶液中培养晶体最常用的一种方法。
它的基本原理是利用晶体物质较大的正溶解度温度系数，将在一定温度下配制的饱和溶液，于封闭的状态下保持溶剂总量不变，而逐渐降低温度，使溶液成为过饱和溶液，析出的溶质不断结晶在籽晶上。
用降温法生长晶体的主要关键是在整个生长过程中，掌握合适的降温速度，使溶液始终处于亚稳过饱和，并维持合适的过饱和度，使晶体正常生长。
恒温蒸发法恒温蒸发法是在一定温度和压力条件下，靠溶剂不断蒸发，使溶液达到过饱和状态，以析出晶体。
这种方法适合于生长溶解度较大而溶解度温度系数又很小的物质。
用此法培养晶体，需要仔细控制蒸发量，使溶液始终处于亚稳过饱和，并维持一定的过饱和度，使析出的溶质不断在籽晶上长成单晶。
由于温度保持恒定，晶体的应力较小。
但由于很难准确控制蒸发量，故用此方法很难长出大块的单晶体。
蓝宝石长晶技术简介
藍寶石單晶生長方法介紹藍寶石單晶的長晶方法有很多種，其中最常用的主要有九種，介紹如下：1凱氏長晶法(Kyropoulos method)簡稱 KY 法，中國大陸稱之為泡生法。
其原理與柴氏拉晶法(Czochralski method)類似，先將原料加熱至熔點後熔化形成熔湯，再以單晶之晶種(Seed Crystal，又稱籽晶棒)接觸到熔湯表面，在晶種與熔湯的固液界面上開始生長和晶種相同晶體結構的單晶，晶種以極緩慢的速度往上拉升，但在晶種往上拉晶一段時間以形成晶頸，待熔湯與晶種界面的凝固速率穩定後，晶種便不再拉升，也沒有作旋轉，僅以控制冷卻速率方式來使單晶從上方逐漸往下凝固，最後凝固成一整個單晶晶碇，凱氏長晶法是利用溫度控制來生長晶體，它與柴氏拉晶法最大的差異是只拉出晶頸，晶身部分是靠著溫度變化來生長，並在拉晶頸的同時，調整加熱電壓，使熔融的原料達到最合適的長晶溫度範圍，讓生長速度達到最理想化，因而長出品質最理想的藍寶石單晶。
國外許多生長藍寶石的廠商，也是採用此方法以生長藍寶石單晶，凱氏長晶法在生長過程中，除了晶頸需拉升外，其餘只需控制溫度的變化，就可使晶體成型，少了拉升及旋轉的干擾，比較好控制製程，因而可得到較佳的品質。
所以生長的藍寶石單晶具有以下的優點： 1.高品質(光學等級)。
2.低缺陷密度。
3.大尺寸。
4.較快的生長率。
5.高產能。
6.較佳的成本效益。
凱氏長晶法原理示意圖2柴氏拉晶法(Czochralski method)簡稱 CZ 法。
柴氏拉晶法之原理，先將原料加熱至熔點後熔化形成熔湯，再利用一單晶晶種接觸到熔湯表面，在晶種與熔湯的固液界面上因溫度差而形成過冷。
於是熔湯開始在晶種表面凝固並生長和晶種相同晶體結構的單晶。
晶種同時以極緩慢的速度往上拉升，並伴隨以一定的轉速旋轉，隨著晶種的向上拉升，熔湯逐漸凝固於晶種的液固界面上，進而形成一軸對稱的單晶晶棒。
在拉升的過程中，透過控制拉升速度的快慢的調配，分別生長晶頸(Neck)、晶冠(Shoulder)、晶身(Body)以及晶尾。
光学晶体的生长和应用
光学晶体的生长和应用光学晶体是一类非常重要的功能材料，它们在电子工业、光学工业、通信工业等多个领域得到了广泛应用。
本文将就光学晶体的生长和应用作一些探讨。
一、光学晶体的生长方法1.1 水热法生长水热法是一种在高压高温下生长晶体的方法。
水热法生长速度快，晶体生长的芯部结构致密，晶面较为光滑。
因此，水热法是目前最为常用的晶体生长方法之一。
水热法生长时，种晶质量对生长速度、晶面质量、直径以及光质量等都有着很大的影响。
1.2 熔融法生长熔融法是指用熔融的晶体原料，在合适的温度梯度下形成的晶体生长方法。
熔融法生长的晶体杂质较少，晶面更为光滑。
熔融法适用于生长一些难以用其它方法生长的晶体。
但是，熔融法生长速度慢，晶体的成本也相对较高。
1.3 气相传输法生长气相传输法，是通过高温气流使晶体原料结晶，从而形成晶体的方法。
气相传输法对晶体的精度要求比较高，需要控制热源和环境的稳定性，不宜大批量生产。
二、光学晶体的应用2.1 光电通讯光学晶体在光电通讯中有着广泛的应用，比如，它们可以作为制造光电调制器和金属-Semiconductor-Metal(MSM)光探测器的材料。
2.2 紫外线透过性设备晶体的光学性质决定它的透过性和折射率，这也使得光学晶体在紫外线透过性设备中有着广泛的应用，比如说，手表玻璃、防晒镜片等。
2.3 激光设备激光设备是目前最为广泛使用光学晶体的领域。
它们可以作为激光晶体控制器的材料，并且在激光切割、激光雕刻以及激光成像等领域得到广泛应用。
2.4 医疗设备在医疗设备中，光学晶体也使用的非常广泛，比如说，它们可以作为制造医用镜片的材料，同时也可以制作医用激光的材料。
三、结语光学晶体的生长和应用是一个庞杂的话题，文章所述仅是其中的冰山一角。
在未来，随着科学技术的不断发展，光学晶体的应用将更加广泛深入。
晶体生长方法（新）
晶体⽣长⽅法（新）晶体⽣长⽅法1) 提拉法（Czochralski,Cz ）晶体提拉法的创始⼈是J. Czochralski ，他的论⽂发表于1918年。
提拉法是熔体⽣长中最常⽤的⼀种⽅法，许多重要的实⽤晶体就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，如采⽤液封的⽅式（液封提拉法，LEC ），如图1，能够顺利地⽣长某些易挥发的化合物（GaP 等）；采⽤导模的⽅式（导模提拉法）⽣长特定形状的晶体（如管状宝⽯和带状硅单晶等）。
所谓提拉法，是指在合理的温场下，将装在籽晶杆上的籽晶下端，下到熔体的原料中，籽晶杆在旋转马达及提升机构的作⽤下，⼀边旋转⼀边缓慢地向上提拉，经过缩颈、扩肩、转肩、等径、收尾、拉脱等⼏个⼯艺阶段，⽣长出⼏何形状及内在质量都合格单晶的过程。
这种⽅法的主要优点是：(a) 在⽣长过程中，可以⽅便地观察晶体的⽣长情况；(b) 晶体在熔体的⾃由表⾯处⽣长，⽽不与坩埚相接触，这样能显著减⼩晶体的应⼒并防⽌坩埚壁上的寄⽣成核；(c) 可以⽅便地使⽤定向籽晶与“缩颈”⼯艺，得到完整的籽晶和所需取向的晶体。
提拉法的最⼤优点在于能够以较快的速率⽣长较⾼质量的晶体。
提拉法中通常采⽤⾼温难熔氧化物，如氧化锆、氧化铝等作保温材料，使炉体内呈弱氧化⽓氛，对坩埚有氧化作⽤，并容易对熔体造成污杂，在晶体中形成包裹物等缺陷；对于那些反应性较强或熔点极⾼的材料，难以找到合适的坩埚来盛装它们，就不得不改⽤其它⽣长⽅法。
图1 提拉法晶体⽣长装置结构⽰意图2)热交换法（Heat Exchange Method, HEM）热交换法是由D. Viechnicki和 F.Schmid于1974年发明的⼀种长晶⽅法。
其原理是：定向凝固结晶法，晶体⽣长驱动⼒来⾃固液界⾯上的温度梯度。
特点：(1) 热交换法晶体⽣长中，采⽤钼坩埚，⽯墨加热体，氩⽓为保护⽓体，熔体中的温度梯度和晶体中的温度梯度分别由发热体和热交换器（靠He作为热交换介质）来控制，因此可独⽴地控制固体和熔体中的温度梯度；(2) 固液界⾯浸没于熔体表⾯，整个晶体⽣长过程中，坩埚、晶体、热交换器都处于静⽌状态，处于稳定温度场中，⽽且熔体中的温度梯度与重⼒场⽅向相反，熔体既不产⽣⾃然对流也没有强迫对流；(3) HEM法最⼤优点是在晶体⽣长结束后，通过调节氦⽓流量与炉⼦加热功率，实现原位退⽕，避免了因冷却速度⽽产⽣的热应⼒；(4) HEM可⽤于⽣长具有图2HEM晶体⽣长装置结构⽰意图特定形状要求的晶体。
单晶生长方法介绍
石英滤波器具有比一般电感电容做的滤波器体 积小，成本低，质量好等特点。在有线电通讯中 用石英滤波器安装各种载波装置，在载波多路通 讯装置（载波电话、载波电视等）的一根导线上 可以同时使用几对、几百对、甚至几千对电话而 互不干扰。使用石英的可透过红外线、紫外线和 具有旋光性等特点，在化学仪器上可做各种光学 镜头，光谱仪透镜等。
• 缓慢降温法制备Y3Al5O12 (YAG) (助熔剂法－缓慢降温法) 原料： Y2O3 3.4 mol% 、 Al2O3 7.0 mol% • 助熔剂：PbO 41.5 mole%、PbF2 48.1 mol% • 条件： 1150 C 24 h 4 C/h 降温750 C 用稀HNO3 洗去助熔剂 • 结果： 晶体直径 3 – 13mm 1 – 1.5 g 收率 60 – 70 %
种类很多，原理和作用是 利用液体蒸发产生的温降 使晶体生长，液体称为载 冷剂，有水、醇类等。
主要仪器：擎晶装置
蒸发冷却器（可组装）
蒸发法制备单晶示意图
蒸发法育晶装置
1. 底部加热器 2. 晶体 3. 冷凝器 4. 冷却水 5. 虹吸管 6. 量筒 7. 接触控制器 8. 温度计 9. 水封
3 、水热合成法
3、物料熔融 将装料的坩埚（或料罐）在温度场中加热直至 熔融 加热方式：电阻加热、感应加热 电阻加热法：用石墨、钨等对盛有原材料的坩埚 加热，也可以做成复杂的加热器，起到盛料和 加热的两个目的。该法特点是成本低、可以使 用大电流、低电压电源。 感应加热法：利用中频或高频交流电通过线圈时 产生的交流电磁场，置于线圈内的铱（ Ir）或 白金（ Pt）坩埚中产生涡流发热，从而融化 坩埚内的原材料。特点是可提供较干净的生长 环境，能快速改变参数而进行精密控制，但成 本费用高。
晶体的生长机理及生长速度
net Ls sL Ls [1 exp( Gm KT )]
由于
Gm
H m TK Tm
式中ΔTK为动力学过冷度。当KT值很大，而ΔGm很小时，净频率表达式
net Ls sL Ls [1 exp( Gm KT )]
生长速率R与动力学过冷度的关系：
R
e b TK
2
其中 μ2，b — 为动力学常数； ΔTK — 动力学过冷度。
当ΔTK低于某临界值时，R几乎为零； 一旦超过该值，R急剧地大。
此临界值约为1～2 K，比连续生长所需的过冷度约大两个数量级。
由于二维晶核各生长表面在长大过程中始终保持平整，最后形成的晶体是以许多 小平面为生长表面的多面体。 粗糙的外表面
的台阶。 这种台阶不限于一层原子，甚至存在于几个 原子层内。 沉积到界面上的原子受到前方和侧面固态原子 的作用，结合牢固且不易反弹或
脱落，如图。 晶体在生长过程中界面上的台阶始终存在（保持粗糙界面） 因此，液体中的原子可以在整个界面上连续沉积，促使界面便连续、均匀地垂直
生长。这种生长被称为连续生长、垂直生长或正常生长 。
因此在界面处始终存在着两种方向相反的原子迁移运动)：
固相原子迁移到液相中的熔化反应(m)； 液相原子迁移到固相中为凝固反应(F)。
m
液相
固相
F
图2-5 固—液界面处的原子迁移
单位面积界面处的反应速率为 ：
dN dt
F
NL
f
L
AF
L
exp(
Q k Ti
)
dN dt
m
NS
单晶生长方法介绍
石英滤波器具有比一般电感电容做的滤波器体 积小，成本低，质量好等特点。在有线电通讯中 用石英滤波器安装各种载波装臵，在载波多路通 讯装臵（载波电话、载波电视等）的一根导线上 可以同时使用几对、几百对、甚至几千对电话而 互不干扰。使用石英的可透过红外线、紫外线和 具有旋光性等特点，在化学仪器上可做各种光学 镜头，光谱仪透镜等。
溶液法－水热法合成石英水晶
石英(水晶)有许多重要性质，它广泛地应用于国防、电 子、通讯。冶金、化学等部门。石英有正、逆压电效应。 压电石英大量用来制造各种谐振器、滤波器、超声波发生 器等。 石英谐振器是无线电子设备中非常关键的一个元件，它 具有高度的稳定性（即受温度、时间和其它外界因素的影 响极小），敏锐的选择性(即从许多信号与干扰中把有用的 信号选出来的能力很强) ，灵敏性(即微弱信号响应能力强)， 相当宽的频率范围(从几百赫到几兆频)，人造地球卫星、导 弹、飞机，电子算机等均需石英谐振器才能正常工作。
式中x≥2。在接近石英培育的条件下，测得的x值约在7/3和5/2之间，
这意味着反应产物应当是Na2Si2O5、Na2Si3O7以及它们的电离和水解产 物。而Na2Si2O5和Na2Si3O7经电离和水解，在溶液中产生大量的
NaSi2O5-和NaSi3O7-。
因此，石英的人工合成含下述两个过程：
① 溶质离子的活化
原理：在一定温度的溶液中置入晶核，搅拌下降温， 最后长成单晶。 特点：设备简单成本低 安全 晶体形状不易控制 主要仪器设备： 温控装置 搅拌装置 擎晶装置或晶核 育晶器 晶核－－晶体生长的基础，例如：蜂蜜结晶、冬天结 冰。 搅拌－－有利于提高晶体的完整性和规整性。
降温法制备单晶装臵示意图
按晶体走向和提拉方法的不同，又可分
长晶体的技巧。(无机、配位、金属有机的研究者必备)
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是的，首先所用的仪器要干净，其次挥发溶剂不能太快，仪器上面盖一层保鲜膜，用针刺上几个小孔，慢慢挥发。
还有好多方面要注意的。
祝你成功！单晶培养的经验1.单晶培养的方法多种多样，我们没必要掌握那些难以操作的，如升华法、共结晶法等。
最简单的最实用。
常用的有1.溶剂缓慢挥发法；2.液相扩散法；3.气相扩散法。
99％的单晶是用以上三种方法培养出来的。
2.单晶培养所需样品用量一般以10－25mg为佳，如果你只有2mg左右样品，也没关系，但这时就要选择液相扩散法和气相扩散法，不能使用溶剂缓慢挥发法。
3.单晶培养的样品的预处理样品溶解后一定要过滤，不能用滤纸，而是用一小团棉花轻轻的塞在滴管的中下部或下部，不要塞太紧，否则流的太慢。
样品当然是越纯越好，不过如果实在没办法弄纯也没关系，培养一次就相当于提纯了一次，我经常用一些TLC显示有杂点的东西长单晶，但得多养几次。
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CZ,KY,HEM法比較1:柴氏拉晶法(Czochralski method),簡稱CZ法.先將原料加熱至熔點後熔化形成熔湯，再利用一單晶晶種接觸到熔湯表面，在晶種與熔湯的固液介面上因溫度差而形成過冷。
於是熔湯開始在晶種表面凝固並生長和晶種相同晶體結構的單晶。
晶種同時以極緩慢的速度往上拉升，並伴隨以一定的轉速旋轉，隨著晶種的向上拉升，熔湯逐漸凝固於晶種的液固介面上，進而形成一軸對稱的單晶晶錠.2:凱氏長晶法(Kyropoulos method),簡稱KY法,大陸稱之為泡生法.其原理與柴氏拉晶法(Czochralskimethod)類似，先將原料加熱至熔點後熔化形成熔湯，再以單晶之晶種(SeedCrystal，又稱籽晶棒)接觸到熔湯表面，在晶種與熔湯的固液介面上開始生長和晶種相同晶體結構的單晶，晶種以極緩慢的速度往上拉升，但在晶種往上拉晶一段時間以形成晶頸，待熔湯與晶種介面的凝固速率穩定後，晶種便不再拉升，也沒有作旋轉，僅以控制冷卻速率方式來使單晶從上方逐漸往下凝固，最後凝固成一整個單晶晶碇.3.美國Crystal Systems用於生長單晶藍寶石(Sapphire)的熱交換法(Heat exchange method，HEM熱交換法)，它的長晶特點是通過氦氣冷卻坩堝的中心底部，保持籽晶不被熔化，並在長晶過程中帶走熱量，控制單晶不斷地生長，HEM法制得的晶體缺陷少且可生產大尺寸晶體以上三種方法是現在各國最常用的,各有各的好處,但已成本來算,基本上能長得大,缺點少就是最佳的,以現在來說HEM法與泡生法在生長尺寸上來說,沒有太大差異,但成本上泡生法較低,而現在CrystalTech HEM法爐體,生長晶體,最大只能到60kg,故二者必須做一抉擇,依本人建議使用泡生法的爐子較佳,至少他目前已經可以長到85kg,且餘料還可做其他應用之銷售,更可降低成本三種方法之成本藍寶石晶體之成本,是需要將各項所發生的項目,累積計算的,但基本上只要生產出所需要的產品量越多,加工及耗材越少,成本就越低,這是不爭的事實,如同MOCVD生長片數少是一樣的,但現在無法計算其成本,只有等操作時,才可詳細計算,至於兆晶與華夏的成本相差很大,是因為 1.華夏晶體長的小而少,切,磨,拋,都必須委外,而兆晶是自己加工且晶棒由鑫晶鑽提供,自然成本低,在加上在加工制程中,不斷的改進成本更可掌握1、蓝宝石详细介绍蓝宝石的组成为氧化铝(Al2O3)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成,其晶体结构为六方晶格结构.它常被应用的切面有A-Plane,C-Plane及R-Plane.由于蓝宝石的光学穿透带很宽,从近紫外光(190nm)到中红外线都具有很好的透光性.因此被大量用在光学元件、红外装置、高强度镭射镜片材料及光罩材料上，它具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性、熔点高（2045℃）等特点，它是一种相当难加工的材料，因此常被用来作为光电元件的材料。
目前超高亮度白/蓝光LED的品质取决于氮化镓磊晶(GaN)的材料品质，而氮化镓磊晶品质则与所使用的蓝宝石基板表面加工品质息息相关，蓝宝石(单晶Al2O3 )C面与Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小，同时符合GaN 磊晶制程中耐高温的要求，使得蓝宝石晶片成为制作白/蓝/绿光LED的关键材料.2、蓝宝石晶体的生长方法常用的有两种:1:柴氏拉晶法(Czochralski method),简称CZ法.先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再利用一单晶晶种接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上因温度差而形成过冷。
于是熔汤开始在晶种表面凝固并生长和晶种相同晶体结构的单晶。
晶种同时以极缓慢的速度往上拉升，并伴随以一定的转速旋转，随着晶种的向上拉升，熔汤逐渐凝固于晶种的液固界面上，进而形成一轴对称的单晶晶锭.2:凯氏长晶法(Kyropoulos method),简称KY法,大陆称之为泡生法.其原理与柴氏拉晶法(Czochralskimethod)类似，先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再以单晶之晶种(SeedCrystal，又称籽晶棒)接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上开始生长和晶种相同晶体结构的单晶，晶种以极缓慢的速度往上拉升，但在晶种往上拉晶一段时间以形成晶颈，待熔汤与晶种界面的凝固速率稳定后，晶种便不再拉升，也没有作旋转，仅以控制冷却速率方式来使单晶从上方逐渐往下凝固，最后凝固成一整个单晶晶碇.【·原创: zkdyy 2010-08-20 11:00 只看该作者(-1)】蓝宝石基片的原材料是晶棒,晶棒由蓝宝石晶体加工而成广大外延片厂家使用的蓝宝石基片分为三种:1:C-Plane蓝宝石基板这是广大厂家普遍使用的供GaN生长的蓝宝石基板面.这主要是因为蓝宝石晶体沿C轴生长的工艺成熟、成本相对较低、物化性能稳定,在C面进行磊晶的技术成熟稳定.2:R-Plane或M-Plane蓝宝石基板主要用来生长非极性/半极性面GaN外延薄膜,以提高发光效率.通常在蓝宝石基板上制备的GaN外延膜是沿c轴生长的，而c轴是GaN的极性轴，导致GaN基器件有源层量子阱中出现很强的内建电场，发光效率会因此降低，发展非极性面GaN外延，克服这一物理现象，使发光效率提高。
3:图案化蓝宝石基板(Pattern Sapphire Substrate简称PSS)以成长(Growth)或蚀刻(Etching)的方式,在蓝宝石基板上设计制作出纳米级特定规则的微结构图案藉以控制LED之输出光形式，并可同时减少生长在蓝宝石基板上GaN之间的差排缺陷，改善磊晶质量，并提升LED内部量子效率、增加光萃取效率。
C-Plane蓝宝石基板是普遍使用的蓝宝石基板.1993年日本的赤崎勇教授与当时在日亚化学的中村修二博士等人，突破了InGaN 与蓝宝石基板晶格不匹配（缓冲层）、p 型材料活化等等问题后，终于在1993 年底日亚化学得以首先开发出蓝光LED.以后的几年里日亚化学以蓝宝石为基板,使用InGaN材料,通过MOCVD 技术并不断加以改进蓝宝石基板与磊晶技术,提高蓝光的发光效率,同时1997年开发出紫外LED，1999年蓝紫色LED样品开始出货，2001年开始提供白光LED。
从而奠定了日亚化学在LED领域的先头地位.台湾紧紧跟随日本的LED技术,台湾LED的发展先是从日本购买外延片加工,进而买来MOCVD机台和蓝宝石基板来进行磊晶,之后台湾本土厂商又对蓝宝石晶体的生长和加工技术进行研究生产,通过自主研发,取得LED专利授权等方式从而实现蓝宝石晶体,基板,外延片的生产,外延片的加工等等自主的生产技术能力,一步一步奠定了台湾在LED上游业务中的重要地位.目前大部分的蓝光/绿光/白光LED产品都是以日本台湾为代表的使用蓝宝石基板进行MOCVD磊晶生产的产品.使得蓝宝石基板有很大的普遍性,以美国Cree公司使用SiC为基板为代表的LED产品则跟随其后以蚀刻(在蓝宝石C面干式蚀刻/湿式蚀刻)的方式,在蓝宝石基板上设计制作出微米级或纳米级的具有微结构特定规则的图案,藉以控制LED之输出光形式(蓝宝石基板上的凹凸图案会产生光散射或折射的效果增加光的取出率),同时GaN薄膜成长于图案化蓝宝石基板上会产生横向磊晶的效果,减少生长在蓝宝石基板上GaN之间的差排缺陷，改善磊晶质量，并提升LED内部量子效率、增加光萃取效率。
与成长于一般蓝宝石基板的LED相比,亮度增加了70%以上.目前台湾生产图案化蓝宝石有中美矽晶、合晶、兆晶，兆达.蓝宝石基板中2 /4英寸是成熟产品,价格逐渐稳定,而大尺寸(如6/8英寸)的普通蓝宝石基板与2英寸图案化蓝宝石基板处于成长期,价格也较高,其生产商也是主推大尺寸与图案化蓝宝石基板,同时也积极增加产能.目前大陆还没有厂家能生产出图案化蓝宝石基板.通常，C面蓝宝石衬底上生长的ＧａＮ薄膜是沿着其极性轴即ｃ轴方向生长的，薄膜具有自发极化和压电极化效应，导致薄膜内部(有源层量子阱)产生强大的内建电场，(Quantu m Confine Stark Effect, QCSE;史坦克效应)大大地降低了ＧａＮ薄膜的发光效率. 在一些非C面蓝宝石衬底(如R面或M 面)和其他一些特殊衬底(如铝酸锂;LiAlO2 )上生长的GaN 薄膜是非极性和半极性的,上述由极化场引起的在发光器件中产生的负面效应将得到部分甚至完全的改善.传统三五族氮化物半导体均成长在c-plane 蓝宝石基板上，若把这类化合物成长于R-plane 或M-Plane上，可使产生的内建电场平行于磊晶层，以增加电子电洞对复合的机率。
因此，以氮化物磊晶薄膜为主的LED结构成长R-plane 或M-Plane蓝宝石基板上，相比于传统的C面蓝宝石磊晶,将可有效解决LED内部量子效率效率低落之问题，并增加元件的发光强度。
最新消息据称非极性LED能使白光的发光效率提高两倍.由于无极性ＧａＮ具有比传统c轴ＧａＮ更具有潜力来制作高效率元件,而许多国际大厂与研究单位都加大了对此类磊晶技术的研究与生产.因此对于R-plane 或M-Plane 蓝宝石基板的需求与要求也是相应地增加外延片厂家因为技术及工艺的不同,对蓝宝石基板的要求也不同,比如厚度,晶向等.下面列出几个厂家生产的蓝宝石基板的一些基础技术参数(以成熟的C面2英寸蓝宝石基板为例子).更多的则是外延片厂家根据自身的技术特点以及所生产的外延片质量要求来向蓝宝石基板厂家定制合乎自身使用要求的蓝宝石基板.即客户定制化.分别为:A:台湾桃园兆晶科技股份有限公司B:台湾新竹中美矽晶制品制品股份有限公司C:美国 Crystal systems 公司D:俄罗斯 Cradley Crystals公司[沙发]【·原创: zkdyy 2010-08-20 11:03 只看该作者(-1)】蓝宝石（-Al2O3）又称白宝石，是世界上硬度仅次于金刚石的晶体材料。
其结构中的氧原子以接近HCP（hexagonal closed packed）的方式排列，其中氧原子间的八面体配位约有2/3的空隙是由铝原子所填充，由此使它具有强度、硬度高(莫氏硬度9)，耐高温(熔点达2050℃)、耐磨擦、耐腐蚀能力强，化学性质稳定，一般不溶于水，不受酸腐蚀，只有在高温下(3000C以上)才能为氢氟酸(HF)、磷酸(H2PO4)以及熔化的苛性钾(KOH)所侵蚀；且具有同氮化镓等半导体材料结合匹配性好、光透性能、电绝缘性能优良等一系列特性。
蓝宝石单晶首先是作为红外窗口材料而提出。
因其具有优良的光学、机械、化学和电性能，特别是具有中波红外透过率高等特性，从0.190μm至5.5μm波段均具有很高的光学透过率，因此被广泛用作微波电子管介质材料，超声波传导元件，延迟线，波导激光器腔体及精密仪器轴承，天平刀口等光学元件以及红外军事装置、空间飞行器、高强度激光器的窗口材料。