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小型晶体生长炉的分类

发表时间:2021-11-03  |  点击率:263

晶体生长是用一定的方法和技术,使单晶体由液态或气态结晶成长。由液态结晶又可以分成熔体生长或溶液生长两大类。

熔体生长法又分为有直拉法、坩埚下降法、区熔法、焰熔法(又称维尔纳叶法)等

直拉法

此法是由熔体生长单晶的一项最主要的方法,适用于大尺寸晶体的批量生产。被加热的坩埚中盛着熔融的料,籽晶杆带着籽晶由上而下插入熔体,由于固液界面附近的熔体维持一定的过冷度、熔体沿籽晶结晶,并随籽晶的逐渐上升而生长成棒状单晶。坩埚可以由高频感应或电阻加热。半导体锗、硅、氧化物单晶如钇铝石榴石、钆镓石榴石、铌酸锂等均用此方法生长而得。应用此方法时控制晶体品质的主要因素是固液界面的温度梯度、生长速率、晶转速率以及熔体的流体效应等。

区熔法

将一个多晶材料棒,通过一个狭窄的高温区,使材料形成一个狭窄的熔区,移动材料棒或加热体,使熔区移动而结晶,最后材料棒就形成了单晶棒。这方法可以使单晶材料在结晶过程中纯度提得很高,并且也能使掺质掺得很均匀。区熔技术有水平法和依靠表面张力的浮区熔炼两种。


溶液生长法又分为水溶液法、水热法,助熔剂法等

水溶液法

一般由水溶液中生长晶体需要一个水浴育晶装置,它包括一个既保证密封又能自转的掣晶杆使结晶界面周围的溶液成分能保持均匀,在育晶器内装有溶液,它由水浴中水的温度来严格控制其温度并达到结晶。掌握合适的降温速度,使溶液处于亚稳态并维持适宜的过饱和度是非常必要的。

对于具有负温度系数或其溶解度温度系数较小的材料,可以使溶液保持恒温,并且不断地从育晶器中移去溶剂而使晶体生长,采用这种办法结晶的叫蒸发法。

水热法

在高温高压下,通过各种碱性或酸性的水溶液使材料溶解而达到过饱和进而析晶的生长晶体方法叫水热生长法。这个方法主要用来合成水晶,其他晶体如刚玉、方解石、蓝石棉以及很多氧化物单晶都可以用这个方法生成。水热法生长的关键设备是高压釜,它是由耐高温、高压的钢材制成。它通过自紧式或非自紧式的密封结构使水热生长保持在200~1000°C的高温及1000~10000大气压的高压下进行。培养晶体所需的原材料放在高压釜内温度稍高的底部,而籽晶则悬挂在温度稍低的上部。由于高压釜内盛装一定充满度的溶液,更由于溶液上下部分的温差,下部的饱和溶液通过对流而被带到上部,进而由于温度低而形成过饱和析晶于籽晶上。被析出溶质的溶液又流向下部高温区而溶解培养料。水热合成就是通过这样的循环往复而生长晶体。