晶体生长技术

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其它体块晶体的生长方法及实例： 水热法（Hydrothermal method）
➢ 高 质 量 低 位 错 密 度 的 石 英 晶 体 （ Vniisims/Russia and Sawyer/USA)；ZnO
高温溶液法（High-temperature solution growth）
成核控制 生长速率 直径控制
不仅可以用无坩埚过程培养出籽晶， 而且可生长出质量较好的单晶。
1902年，开始工业晶体生产—红宝石和蓝宝石。
多年以来，这种生长方法不断改进，原理没有改变。
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Stages of flame-fusion (Verneuil) growth of ruby
熔体中提拉出低熔点的金属纤维。但他从来没想到进行从熔 体中提拉出晶体的研究。
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1949 年 ， 在 International Crystal Growth Meeting in Bristol UK，没有提到 Czochralski 法。
随着晶体管的发现，对半导体单晶（锗）的需求增大。
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§3.1 晶体生长方法的发展
❖ 1890年，法国科学家Verneuil（维尔纳叶）发明了焰熔法。 (flame-fusion growth method, Verneuil method) ——用于生长红宝石和蓝宝石晶体（熔点2000oC）。 Verneuil——founder of crystal growth technology. 无坩埚生长过程，设备简单。
主要用于在手表工业和仪器仪表工业中 作轴承用。
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合成星光红宝石
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合成星光蓝宝石
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Verneuil提出成核、生长速率和直径控制基本原理 ——适用于后来出现的从熔体中生长晶体的其它方法中。 此后至1930年代，人们对晶体的各种生长方式进行了研究，
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大多数半导体和氧化物晶体是采用熔体提拉法生长的，如
InP, GaAs, LiTaO3, LiNbO3. 由于生长界面存在较大的温度梯度，采用Czochralski法
生长的晶体大部分都存在有位错缺陷。
只有极少数的单质晶体如硅、锗、铜等采用Dash提出的 缩颈技术可以生长出无位错的单晶。
a. Formation of sinter cone and central melt droplet onto alumina rod,
b. Growth of the neck by adjustment of powder supply and the hydrogen-oxygen flame,
§3.1 晶体生长方法的发展 §3.2 晶体生长方法的分类
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§3.1 晶体生长方法的发展
最早是1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔 （E. Feil）和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火 焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了 当时轰动一时的“日内瓦红宝石”。
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➢ 1950年，Teal and Little发明了晶体提拉法生长出较大 的Ge单晶。
➢ 1951年,在Buckly 写的“Crystal Growth”书中，错误地 把大单晶的提拉法命名为Czochralski 法，一直沿用至今。 而不是Teal-Little-Dash.
➢ 1959, Dash提出缩颈技术生长无位错的单晶。
➢ 钙钛矿和石榴石晶体
➢ by top-seeded solution growth (TSSG) (Line et.al) and by the accelerated crucible rotation technique (ACRT) (by Scheel and by Tolksdorf)
水溶液法（Aqueous-solution growth）
组分分析方法
➢ X射线荧光光谱法 ➢ X-射线光电子能谱分析
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❖ 晶体缺陷
晶体缺陷的种类
点缺陷
本征点缺陷 杂质点缺陷
色心
线缺陷
位错
面缺陷 晶界、孪晶界、相界、堆垛层错 体缺陷 晶体开裂、包裹体、生长条纹、生长扇形界
缺陷的检测技术
04:44:26Байду номын сангаас
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第三章 晶体生长方法的发展及分类
➢ KDP (Sasaki, Zaitseva).
半导体外延生长技术（epitaxy technology）
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中国现代人工晶体研究起步较晚，1950年代后期有较大发 展。目前，主要依靠自己的技术，已成功合成了几乎所有 重要的人工晶体 。
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§3.2
c. Increase of the diameter without overflow of the molten cap, and to grow the single-crystal boule.
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红宝石
焰熔法合成红宝石的颜色最常见为鲜红 色和粉红色，纯正、艳丽，而且透明、 洁净，通常过于完美。
晶体生长技术
第一章 绪论 第二章 晶体的品质鉴定
§2.1 晶体的物相和组分分析 §2.2 晶体缺陷
第三章 晶体生长方法的发展及分类 第四章 气相生长 第五章 溶液生长 第六章 熔体生长
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内容回顾
晶体的品质鉴定
❖ 晶体的物相和组分分析
物相鉴定方法
➢ X射线粉末衍射法
许多重要的晶体生长方法大都在这一时期研究成功。
1923年Bridgman提出坩埚移动法; 1936年Stockbarger进一步 改进和完善, 又叫 Bridgman- Stockbarger方法。
1926年，Kyropouls 发明了泡生法。
1927, Ramsperger and Malvin,Vertical-gradient-freeze (VGF) 1918/1950 Czochralski method（提拉法） ➢ 1918， Czochralski 为了研究晶体结晶速率的测量方法，从