1、 u u u u u 生長(zhǎng)半導(dǎo)體、電子學(xué)、光學(xué)晶體，生長(zhǎng)半導(dǎo)體、電子學(xué)、光學(xué)晶體，如如Si, Ge, GaAs, GaP, LiNbO3, Nd: YAG, Cr:Al2O3 等。等。 ，、，熔體的，熔體的等等對(duì)晶體生長(zhǎng)對(duì)晶體生長(zhǎng) 。，即熔體生長(zhǎng)即熔體生長(zhǎng), SL界面是受控條件下界面是受控條件下的定向凝固過(guò)程；的定向凝固過(guò)程；：?jiǎn)卧担瑔卧担琓m不變；生長(zhǎng)速不變；生長(zhǎng)速率較高；可生長(zhǎng)高質(zhì)量晶體；率較高；可生長(zhǎng)高質(zhì)量晶體；：二元或多元系，二元或多元系，Tm隨成隨成分變化；大多數(shù)形成有限固溶體，有沉淀物、共分變化；大多數(shù)形成有限固溶體，有沉淀物、共晶或胞晶等，生長(zhǎng)質(zhì)量較難控制；晶或胞晶等，生長(zhǎng)質(zhì)

2、量較難控制； ： 有有或或的的(例如例如GGG、GaAs等等)， 存在揮發(fā)，成分偏離，存在揮發(fā)，成分偏離，。如脫溶沉淀、如脫溶沉淀、 共析反應(yīng)等。共析反應(yīng)等。 l 堝坩移動(dòng)法又稱堝坩移動(dòng)法又稱，這這種方法首先是由種方法首先是由提出的，后又提出的，后又經(jīng)經(jīng)進(jìn)一步改進(jìn)和完善。進(jìn)一步改進(jìn)和完善。l 坩堝坩堝放置。放置。： 爐子不動(dòng)，坩堝移動(dòng)；爐子不動(dòng)，坩堝移動(dòng)； 坩堝不動(dòng)，爐子移動(dòng)；坩堝不動(dòng)，爐子移動(dòng)； 坩堝和爐子不動(dòng)，改變坩堝和爐子不動(dòng)，改變 溫度。溫度。l 將要結(jié)晶的材料放入特定形狀的坩堝內(nèi)，在結(jié)晶將要結(jié)晶的材料放入特定形狀的坩堝內(nèi)，在結(jié)晶爐內(nèi)加熱熔化，然后使坩堝緩慢下降，通過(guò)溫度爐內(nèi)加熱熔化，

3、然后使坩堝緩慢下降，通過(guò)溫度梯度較大區(qū)域，結(jié)晶從坩堝底端開(kāi)始，逐漸向上梯度較大區(qū)域，結(jié)晶從坩堝底端開(kāi)始，逐漸向上推移，進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的一種方法。推移，進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的一種方法。l 主要用于生長(zhǎng)主要用于生長(zhǎng)（如（如LiF，CaF2等）、等）、（NaI(Tl)，Csl(Tl)等）、等）、（Ni2+:MgF2，V2+:MgF2等）和多元化合物半等）和多元化合物半導(dǎo)體晶體（導(dǎo)體晶體（AgGaSe2 ，AgGaS2等）材料等。等）材料等。l 為了提供一個(gè)合適的為了提供一個(gè)合適的，坩堝下降法，坩堝下降法所使所使用的結(jié)晶爐通常采用上用的結(jié)晶爐通常采用上下兩部分組成，上部為下兩部分組成，上部為，原料在高溫區(qū)，原料

4、在高溫區(qū)中充分熔化；下部為中充分熔化；下部為，為了造成有較大，為了造成有較大的的，除了上下，除了上下部分采用分別的溫度控部分采用分別的溫度控制系統(tǒng)之外，還可以在制系統(tǒng)之外，還可以在上下區(qū)之間加一塊上下區(qū)之間加一塊如果爐體設(shè)計(jì)合理，如果爐體設(shè)計(jì)合理，就可以保證得到足夠的就可以保證得到足夠的溫度梯度以滿足晶體生溫度梯度以滿足晶體生長(zhǎng)的需要。長(zhǎng)的需要。圖圖6.5.3 6.5.3 下降法示意圖下降法示意圖l 結(jié)晶爐（如懸掛坩堝結(jié)晶爐（如懸掛坩堝式管式電阻加熱結(jié)晶式管式電阻加熱結(jié)晶爐）爐）l 下降裝置等下降裝置等圖圖6.5.4 6.5.4 懸掛坩堝式管式電阻懸掛坩堝式管式電阻加熱結(jié)晶爐加熱結(jié)晶爐l 在下

5、降法中成核是關(guān)鍵：自發(fā)成核在下降法中成核是關(guān)鍵：自發(fā)成核是依據(jù)晶體生長(zhǎng)中的是依據(jù)晶體生長(zhǎng)中的l 如圖所示，在坩堝底部有三個(gè)取向如圖所示，在坩堝底部有三個(gè)取向不同的晶核不同的晶核A、B、C。假定。假定B核的核的最大生長(zhǎng)速度方向正好與坩堝壁平最大生長(zhǎng)速度方向正好與坩堝壁平行，而晶核行，而晶核A和和C則與坩堝器斜交。則與坩堝器斜交。這樣，在生長(zhǎng)過(guò)程中，這樣，在生長(zhǎng)過(guò)程中，A核和核和C核由核由于受到于受到B核的不斷擠壓而縮小，最終核的不斷擠壓而縮小，最終只剩下只剩下。圖圖6.5.5 6.5.5 幾何淘汰規(guī)律幾何淘汰規(guī)律l合適的溫場(chǎng)和溫度梯度的選擇合適的溫場(chǎng)和溫度梯度的選擇l生長(zhǎng)速率的設(shè)定和控制生長(zhǎng)速率

6、的設(shè)定和控制l加籽晶的定向生長(zhǎng)工藝加籽晶的定向生長(zhǎng)工藝l把原料密封在坩堝里，可以防止熔體的揮發(fā)，把原料密封在坩堝里，可以防止熔體的揮發(fā)，避免有害物質(zhì)的污染；避免有害物質(zhì)的污染；l可以在一個(gè)結(jié)晶爐中同時(shí)放大多個(gè)坩堝，提可以在一個(gè)結(jié)晶爐中同時(shí)放大多個(gè)坩堝，提高生產(chǎn)效率；高生產(chǎn)效率；l生長(zhǎng)過(guò)程中難于直接觀察，生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)；生長(zhǎng)過(guò)程中難于直接觀察，生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)；l由于晶體與坩堝接觸，往往會(huì)引入較大內(nèi)應(yīng)由于晶體與坩堝接觸，往往會(huì)引入較大內(nèi)應(yīng)力和較多的雜質(zhì)；力和較多的雜質(zhì)；l AgGaSe2晶體是一種晶體是一種的的-族三元化合物半導(dǎo)體；族三元化合物半導(dǎo)體；, 42，常溫下呈深灰色，紅外透明范，常溫下呈深灰

7、色，紅外透明范圍圍；l 在透明范圍內(nèi)紅外在透明范圍內(nèi)紅外；l 可用于可用于，在，在3 18 m紅外范圍提供多種頻率的光源，而紅外范圍提供多種頻率的光源，而且在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，在激光通訊、激光且在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，在激光通訊、激光制導(dǎo)、激光化學(xué)和環(huán)境科學(xué)等方面有廣泛用途。制導(dǎo)、激光化學(xué)和環(huán)境科學(xué)等方面有廣泛用途。 圖圖6.5.9 AgGaSe2贗二元相圖贗二元相圖AgGaSe2晶體生長(zhǎng)原理晶體生長(zhǎng)原理 生長(zhǎng)爐上、下兩個(gè)溫生長(zhǎng)爐上、下兩個(gè)溫區(qū)分別用一組爐絲加熱，區(qū)分別用一組爐絲加熱，兩區(qū)域中間的空隙寬度兩區(qū)域中間的空隙寬度可調(diào)。可調(diào)。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)調(diào)整上、實(shí)驗(yàn)中通過(guò)調(diào)整上、下兩區(qū)域的溫度

8、差以及下兩區(qū)域的溫度差以及中間空隙的高度，可控中間空隙的高度，可控制中間結(jié)晶區(qū)域的溫度制中間結(jié)晶區(qū)域的溫度梯度。梯度。采用精密數(shù)字控溫儀，采用精密數(shù)字控溫儀，可以進(jìn)行控溫程序設(shè)計(jì)。可以進(jìn)行控溫程序設(shè)計(jì)。 將將AgGaSe2多晶粉末裝入經(jīng)鍍碳處理過(guò)的石多晶粉末裝入經(jīng)鍍碳處理過(guò)的石英生長(zhǎng)安瓿內(nèi)，抽空封結(jié)后放入生長(zhǎng)爐內(nèi)，緩慢英生長(zhǎng)安瓿內(nèi)，抽空封結(jié)后放入生長(zhǎng)爐內(nèi)，緩慢升溫至升溫至9501050 C，開(kāi)啟旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，保溫后開(kāi)，開(kāi)啟旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，保溫后開(kāi)始下降，生長(zhǎng)中保持固液界面附近溫度梯度為始下降，生長(zhǎng)中保持固液界面附近溫度梯度為30 40 C/cm，下降速率為，下降速率為0.5 1.0mm/h。經(jīng)過(guò)大。經(jīng)過(guò)大約兩周時(shí)間，便可生長(zhǎng)出外觀完整的約兩周時(shí)間，便可生長(zhǎng)出外觀完整的AgGaSe2單單晶體。晶體。 四、小四、小 結(jié)結(jié) 這節(jié)課的內(nèi)容是晶體生長(zhǎng)方法中重這節(jié)課的內(nèi)容是晶體生長(zhǎng)方法