1、1第五章第五章 單晶材料的制備單晶材料的制備2本章主要內容本章主要內容p5.1 5.1 概述（熟悉）概述（熟悉）p5.2 5.2 固相固相- -固相平衡的晶體生長（理解）固相平衡的晶體生長（理解）p5.3 5.3 液相液相- -固相平衡的晶體生長固相平衡的晶體生長p 5.3.1 5.3.1 晶體生長理論基礎（掌握）晶體生長理論基礎（掌握）p 5.3.2 5.3.2 定向凝固法（掌握）定向凝固法（掌握）p 5.3.3 5.3.3 提拉法（掌握）提拉法（掌握）p 5.3.4 5.3.4 區域熔化技術（熟悉）區域熔化技術（熟悉）p5.4 5.4 材料設計與新晶體材料的探索概述（了解）材料設計與新晶體

2、材料的探索概述（了解）34重重317.40克拉，呈圓墊克拉，呈圓墊 (Cushion)形形5該鉆石頂部有該鉆石頂部有75個面，底個面，底部有部有89個面，腰部有個面，腰部有83個個面，總計有面，總計有247個面，致個面，致使這顆毫無瑕疵的巨鉆終于使這顆毫無瑕疵的巨鉆終于展露萬丈光芒。按重量來說，展露萬丈光芒。按重量來說，“世紀世紀”鉆石鉆石僅小于庫里南僅小于庫里南1號（號（530.20克拉）和庫克拉）和庫里南里南2號（號（317.40克拉），克拉），居世界第三位。目前居世界第三位。目前“世紀世紀”鉆石由戴比爾斯收藏，估計鉆石由戴比爾斯收藏，估計價值價值1億美元。億美元。6p這個叫這個叫“希望之

3、星希望之星”的名鉆，并不重，的名鉆，并不重，44.50ct44.50ct。傳說就。傳說就是泰坦尼克號女主人公羅絲的那塊。極富傳奇色彩，是泰坦尼克號女主人公羅絲的那塊。極富傳奇色彩，16421642年產自印度。傳說它傳到誰手中，其主人必遭厄運。年產自印度。傳說它傳到誰手中，其主人必遭厄運。p它從印度傳到法國富商，后獻給法王路易十四。前者被野它從印度傳到法國富商，后獻給法王路易十四。前者被野狗咬死，后者得了天花死去。狗咬死，后者得了天花死去。p又傳給路易十五，在法國大革命中被砍頭；又傳給路易十五，在法國大革命中被砍頭；p后傳給路易十六，他也被送上斷頭臺。后傳給路易十六，他也被送上斷頭臺。p后被盜，

4、在倫敦市場又露面，被一銀行家霍普后被盜，在倫敦市場又露面，被一銀行家霍普(Hope)(Hope)買下，買下，從此該鉆定名為從此該鉆定名為“希望之星希望之星”，后來銀行家窮困潦倒；，后來銀行家窮困潦倒；p以后又傳到土耳其商人手中，該家車禍翻下懸崖；以后又傳到土耳其商人手中，該家車禍翻下懸崖；p19111911年傳到美國，現藏于美國一家博物館。年傳到美國，現藏于美國一家博物館。8105.1 概述概述p為什么要人工生長晶體為什么要人工生長晶體? ?p人工晶體的發展人工晶體的發展 p人工晶體的分類人工晶體的分類 p晶體生長方法分類晶體生長方法分類p晶體生長的基本過程晶體生長的基本過程 p晶體生長方法簡

5、介晶體生長方法簡介 11為什么要人工生長晶體為什么要人工生長晶體?p（1 1）材料性能研究的需要）材料性能研究的需要p（2 2）單晶體具有優異的物理化學性能）單晶體具有優異的物理化學性能p（3 3）單晶體在現代科學技術和工業應用領域具有重要）單晶體在現代科學技術和工業應用領域具有重要的用途的用途p（4 4）天然晶體不能滿足應用的需要）天然晶體不能滿足應用的需要1 1、晶粒間界影響性能；、晶粒間界影響性能；2 2、必須使用單晶（半導體）；、必須使用單晶（半導體）；3 3、光學研究（晶界和空穴引起光散射）；、光學研究（晶界和空穴引起光散射）；4 4、金屬單晶。、金屬單晶。1 1、晶體管：頻率穩定性

6、；、晶體管：頻率穩定性；2 2、激光器：光學特性；、激光器：光學特性；3 3、諧振器（石英）：容許某一頻率下的、諧振器（石英）：容許某一頻率下的電磁波或聲波產生共振電磁波或聲波產生共振4 4、金剛石：超硬。、金剛石：超硬。1 1、剛玉：鐘表軸承、激光和微波量子放、剛玉：鐘表軸承、激光和微波量子放大器的工作物質；大器的工作物質；2 2、閃爍晶體碘化鈉：物理探礦和醫學。、閃爍晶體碘化鈉：物理探礦和醫學。125.1.1 人工晶體的發展人工晶體的發展 p國外最早有文字記載的人工合成晶體工作是國外最早有文字記載的人工合成晶體工作是15401540年，勃林年，勃林古西歐首先詳細記錄了硝石的濾取及其重結晶提

7、純的過程。古西歐首先詳細記錄了硝石的濾取及其重結晶提純的過程。 p“鹽已成鹵水，曝烈日，即成方印，潔白可愛，初小漸大，鹽已成鹵水，曝烈日，即成方印，潔白可愛，初小漸大，或數千印累累相連。或數千印累累相連。”宋代宋代程大昌程大昌所著的所著的演繁露演繁露p漢字中的晶體生長（圖漢字中的晶體生長（圖5-1-1,P1415-1-1,P141）。）。p在國外，人工合成晶體發展的初期，是在國外，人工合成晶體發展的初期，是1919世紀中葉到世紀中葉到2020世世紀初。紀初。公元公元1123年年公元公元1195年年13p2020世紀初（世紀初（18901890年），維爾納葉（年），維爾納葉（VerneuilVe

8、rneuil）發明了）發明了焰熔法來生長紅寶石。焰熔法來生長紅寶石。p查克拉斯基（查克拉斯基（CzochralskiCzochralski）的熔體提拉法（）的熔體提拉法（19181918），），布列奇曼（布列奇曼（BridgmanBridgman）的坩堝下降法（）的坩堝下降法（19231923），斯托），斯托勃（勃（StoberStober）的溫梯法（）的溫梯法（19251925），基洛普羅斯），基洛普羅斯（KyropoulosKyropoulos）的泡生法（）的泡生法（19261926）等。）等。19361936年斯托克年斯托克巴格（巴格（StockbargerStockbarger）用坩堝

9、下降法成功地生長出大尺）用坩堝下降法成功地生長出大尺寸的堿鹵化物光學單晶。寸的堿鹵化物光學單晶。人工晶體的發展人工晶體的發展14人工晶體的發展人工晶體的發展p2020世紀世紀5050年代最突出的進展是年代最突出的進展是19501950年梯爾（年梯爾（TealTeal）和里脫）和里脫（LittleLittle）將查克拉斯基法用于生長半導體鍺單晶。）將查克拉斯基法用于生長半導體鍺單晶。p隨后，法恩（隨后，法恩（PfarnnPfarnn，19521952）發明的區熔法和凱克）發明的區熔法和凱克（KeckKeck）、高萊（）、高萊（GolayGolay）在）在19531953年發明浮區法用來制備年發明

10、浮區法用來制備和提純鍺和硅獲得成功，為半導體單晶的研究和應用以及和提純鍺和硅獲得成功，為半導體單晶的研究和應用以及微電子學的發展開辟了廣闊的前景。微電子學的發展開辟了廣闊的前景。 15p5050年代人工晶體另一個突破是年代人工晶體另一個突破是19551955年高壓合成金剛石獲得年高壓合成金剛石獲得成功，實現了幾代晶體生長工作者長期的夢想。成功，實現了幾代晶體生長工作者長期的夢想。p19601960年在紅寶石晶體上，首次實現了光的受激發射。激光年在紅寶石晶體上，首次實現了光的受激發射。激光的出現和激光應用的發展對人工晶體工作又是一個很大的的出現和激光應用的發展對人工晶體工作又是一個很大的推動。推

11、動。人工晶體的發展人工晶體的發展16人工晶體的發展人工晶體的發展p此后，許多自然界所沒有的激光晶體和非線性光學晶體以此后，許多自然界所沒有的激光晶體和非線性光學晶體以及裝飾寶石晶體先后被人工合成出來，其中有些已廣泛應及裝飾寶石晶體先后被人工合成出來，其中有些已廣泛應用并投入批量生產，如釔鋁石榴石（用并投入批量生產，如釔鋁石榴石（NdNd：YAGYAG），鈦寶石），鈦寶石（TiTi：AlAl2 2O O3 3），鈮酸鋰（），鈮酸鋰（LiNbOLiNbO3 3），磷酸鈦氧鉀（），磷酸鈦氧鉀（KTPKTP），），立方氧化鋯（立方氧化鋯（CZCZ）等。）等。17人工晶體的發展人工晶體的發展p從從202

12、0世紀世紀7070年代開始，超薄層材料及其相應制備技術年代開始，超薄層材料及其相應制備技術分子束外延分子束外延(MBE)(MBE)和金屬有機化學氣相沉積，以及探索新和金屬有機化學氣相沉積，以及探索新晶體材料工作的發展，又將人工晶體推向一個新的發展階晶體材料工作的發展，又將人工晶體推向一個新的發展階段。段。18p中國現代晶體生長工作起步較晚，中國現代晶體生長工作起步較晚，2020世紀世紀5050年代初期僅年代初期僅有水溶性單晶和金屬單晶生長，有水溶性單晶和金屬單晶生長，19581958年以后有較大發展。年以后有較大發展。p19581958年，原蘇聯引進焰熔法合成紅寶石的技術，年，原蘇聯引進焰熔法

13、合成紅寶石的技術，6060年代年代投產，主要用于手表軸承。同年，開始水熱法合成水晶投產，主要用于手表軸承。同年，開始水熱法合成水晶的研究工作，的研究工作，6060年代中期中試。年代中期中試。p19611961年，我國開始自行設計和制造金剛石高壓設備，年，我國開始自行設計和制造金剛石高壓設備，19631963年投產，對我國珠寶加工業、石材開采業、鐵路設年投產，對我國珠寶加工業、石材開采業、鐵路設施工業和尖端科技的發展起到了重要的作用。施工業和尖端科技的發展起到了重要的作用。人工晶體的發展（中國）人工晶體的發展（中國）19p7070年代，由于工業和軍工需要，尤其激光研究的需要，我年代，由于工業和軍

14、工需要，尤其激光研究的需要，我國先后投產了自然沒有相應礦物的釔鋁石榴石和釓鎵榴石國先后投產了自然沒有相應礦物的釔鋁石榴石和釓鎵榴石（熔體提拉法）。（熔體提拉法）。p目前，主要依靠自己發展的技術，幾乎所有重要的人工晶目前，主要依靠自己發展的技術，幾乎所有重要的人工晶體都已成功地生長出來，許多晶體的尺寸和質量達到了較體都已成功地生長出來，許多晶體的尺寸和質量達到了較高水平，享譽國際市場，如鍺酸鉍（高水平，享譽國際市場，如鍺酸鉍（BGOBGO），磷酸鈦氧鉀），磷酸鈦氧鉀（KTPKTP），偏硼酸鋇（），偏硼酸鋇（BBOBBO），三硼酸鋰（），三硼酸鋰（LBOLBO）等，其中）等，其中BBOBBO和和L

15、BOLBO都是首先由我國研制出來的。都是首先由我國研制出來的。20p目前主要研究機構：天津硅酸鹽研究所、廣西寶石研究室、目前主要研究機構：天津硅酸鹽研究所、廣西寶石研究室、吉林大學、中科院應用化學所、核工業北京地質研究院、吉林大學、中科院應用化學所、核工業北京地質研究院、北京人工晶體研究所等。北京人工晶體研究所等。21p人工晶體的合成（生長）既是一門人工晶體的合成（生長）既是一門技藝，又是一門科學。技藝，又是一門科學。225.1.2人工晶體的分類人工晶體的分類p按化學分類：按化學分類：無機晶體無機晶體和和有機晶體有機晶體（包括有機（包括有機- -無機復合無機復合晶體）等；晶體）等；p按生長方法

16、分類：按生長方法分類：水溶性晶體水溶性晶體和和高溫晶體高溫晶體等；等；p按形態（或維度）分類：按形態（或維度）分類：體塊晶體體塊晶體、薄膜晶體薄膜晶體、超薄層晶超薄層晶體體和和纖維晶體纖維晶體等；等；p按其物理性質（功能）分類按其物理性質（功能）分類：半導體晶體半導體晶體、激光晶體激光晶體、非非線性光學晶體線性光學晶體、光折變晶體光折變晶體、電光晶體電光晶體、磁光晶體磁光晶體、聲光聲光晶體晶體、閃爍晶體閃爍晶體等。等。23一些重要的人工晶體一些重要的人工晶體 245.1.3 晶體生長方法分類晶體生長方法分類p按生長系統中組分數按生長系統中組分數，可分為單組分結晶和多組分結晶，可分為單組分結晶和

17、多組分結晶p按其晶體生長時的狀態按其晶體生長時的狀態，可分為，可分為 氣相法氣相法 液相法液相法 固相法固相法 溶液法溶液法熔融法熔融法低溫溶液法低溫溶液法高溫溶液法（助溶劑法）高溫溶液法（助溶劑法）25晶體生長方法的選擇原則：晶體生長方法的選擇原則：（1 1）有利于提高晶體的完整性；）有利于提高晶體的完整性；（2 2）有利于提高晶體的利用率，降低成本；）有利于提高晶體的利用率，降低成本；（3 3）有利于晶體的加工和器件化；）有利于晶體的加工和器件化；（4 4）有利于晶體生長的重復性和產業化。）有利于晶體生長的重復性和產業化。275.1.4 晶體生長的基本過程晶體生長的基本過程p晶體生長的基本

18、方式有：晶體生長的基本方式有：p 固體固體晶體晶體p 液體（溶液和熔體）液體（溶液和熔體）晶體晶體p 氣體氣體晶體。晶體。28p晶體的發生和生長過程，實質上是物質的質點由晶體的發生和生長過程，實質上是物質的質點由混亂到按照空間點陣的規律進行規則排列和堆積混亂到按照空間點陣的規律進行規則排列和堆積的過程，這個過程可分為的過程，這個過程可分為成核成核和和長大長大兩個階段。兩個階段。 p在人工生長晶體時，常人為地引入籽晶在人工生長晶體時，常人為地引入籽晶。29晶體生長的基本過程晶體生長的基本過程p以氯化鈉（以氯化鈉（NaClNaCl）晶體為例。）晶體為例。p在在NaClNaCl溶液中，溶液中，NaN

19、a+ +和和ClCl- -兩種離子混亂分布并做不規則運兩種離子混亂分布并做不規則運動。在過飽和狀態下，質點之間的吸引力起主要作用，使動。在過飽和狀態下，質點之間的吸引力起主要作用，使它們靠攏，形成它們靠攏，形成線晶線晶30線晶靠攏形成線晶靠攏形成面晶面晶晶體生長的基本過程晶體生長的基本過程31晶面相疊形成晶面相疊形成晶核晶核晶體生長的基本過程晶體生長的基本過程32p晶核長大形成晶核長大形成晶體晶體晶體生長的基本過程晶體生長的基本過程335.1.5晶體生長方法簡介晶體生長方法簡介p5.1.5.15.1.5.1氣相生長法氣相生長法p定義：定義：原料氣化后再使其冷卻凝聚成單晶的方法。原料氣化后再使其

20、冷卻凝聚成單晶的方法。p對于一些難以氣化的物質，也可以用它們的化合物作為原對于一些難以氣化的物質，也可以用它們的化合物作為原料，使其氣化后通過化學反應凝聚成所需要的單晶。料，使其氣化后通過化學反應凝聚成所需要的單晶。p氣相生長法主要有氣相生長法主要有升華法升華法和和氣相反應法氣相反應法。 34（1）升華）升華-凝結法（簡稱升華法）凝結法（簡稱升華法）p定義：定義：這是一種使置于高溫區的原料氣化，在低這是一種使置于高溫區的原料氣化，在低溫區凝結而得到單晶的方法。溫區凝結而得到單晶的方法。p適用范圍：適用范圍：凡在常溫下蒸汽壓較高的單質和化合凡在常溫下蒸汽壓較高的單質和化合物，均適于用此法生長，如

21、物，均適于用此法生長，如AsAs、CdCd、CdSCdS、ZnSZnS、SiCSiC等。等。35p升華法又分為升華法又分為靜態法靜態法和和動態法動態法。p靜態法靜態法是在密閉的容器內在密封的狀態下進行晶體生長。是在密閉的容器內在密封的狀態下進行晶體生長。p動態法動態法是在有流動氣流的狀態下進行晶體生長。是在有流動氣流的狀態下進行晶體生長。p從廣義上講，屬于升華法范疇的晶體生長方法還有從廣義上講，屬于升華法范疇的晶體生長方法還有真空蒸真空蒸發法發法、濺射法濺射法等。等。 升華升華- -凝結示意圖凝結示意圖1-1-原料，原料，2-2-晶體晶體 37（2）氣相反應法）氣相反應法p這是一種由氣相反應制

22、備單晶的方法，包括這是一種由氣相反應制備單晶的方法，包括氣相化合法氣相化合法、熱分解法熱分解法、還原法還原法、氣相輸運法氣相輸運法等（等（ CVD CVD ） 。p氣相生長法的氣相生長法的優點：優點：是比液相法和固相法易得到比較優質是比液相法和固相法易得到比較優質的單晶。的單晶。p氣相生長法的氣相生長法的缺點：缺點：生長速度慢、得到的晶體尺寸小，給生長速度慢、得到的晶體尺寸小，給加工和應用帶來不便。加工和應用帶來不便。 p第一溫區是第一溫區是GaGa源輸運區：源輸運區：pGa(l)+HCl(g)GaCl(g)+(1-x)HCl(g)+x/2 HGa(l)+HCl(g)GaCl(g)+(1-x)

23、HCl(g)+x/2 H2 2(g)(g)p第二溫區是第二溫區是AsHAsH3 3分解區：分解區：p4AsH4AsH3 3(g)As(g)As4 4(g)+6H(g)+6H2 2(g)(g)p第三溫區是沉積反應區：第三溫區是沉積反應區：pGaCl(g)+1/4As(g)+1/2H2GaAs(s)+HCl(g)GaCl(g)+1/4As(g)+1/2H2GaAs(s)+HCl(g)氫化物生長氫化物生長GaAs設備示意圖（氣相外延技術設備示意圖（氣相外延技術VPE）典型的分子束外延（典型的分子束外延（MBEMBE）裝置示意圖）裝置示意圖 在超高真空條件下，對蒸發束源和外延襯底溫在超高真空條件下，對

24、蒸發束源和外延襯底溫度加以精確控制的外延生長技術。度加以精確控制的外延生長技術。MOCVDMOCVD生長設備示意圖生長設備示意圖 金屬有機化學氣相外金屬有機化學氣相外延淀積延淀積( (或金屬有機氣相外延或金屬有機氣相外延) ) 三甲基鎵三甲基鎵二乙基鋅二乙基鋅 化學束外延（化學束外延（CBECBE）裝置示意圖）裝置示意圖 三乙基銦三乙基銦離子束沉積（離子束沉積（IBDIBD）沉積裝置示意圖）沉積裝置示意圖 1-1-離子源；離子源；2-2-磁分析器；磁分析器；3-3-電四極透鏡；電四極透鏡；4-4-磁四極透鏡；磁四極透鏡；5-5-偏轉板；偏轉板；6-6-減速透鏡；減速透鏡；7-7-超高真空外延生

25、長室；超高真空外延生長室；8-8-襯底；襯底；9-9-真空泵系統真空泵系統( (減低沉積溫度減低沉積溫度) )（a a）熱絲）熱絲CVD(HFCVD)CVD(HFCVD)裝置圖裝置圖 CVDCVD技術制備金剛石薄膜裝置示意圖技術制備金剛石薄膜裝置示意圖 CHCH4 4（b b）微波等離子體）微波等離子體CVDCVD裝置圖裝置圖 CVDCVD技術制備金剛石薄膜裝置示意圖技術制備金剛石薄膜裝置示意圖微波電子回旋共振等離子體微波電子回旋共振等離子體CVD(MWECR -CVD)CVD(MWECR -CVD)技術技術 . .該技術的特點是該技術的特點是 : :不含電極不含電極 , ,可避免電極濺射造成

26、的污染可避免電極濺射造成的污染 ; ;等離子區離子密度高等離子區離子密度高 , ,能高能高度分解度分解 , ,從而可顯著提高薄膜生長速率從而可顯著提高薄膜生長速率 ; ;改變磁場位形和結構改變磁場位形和結構 , ,可改可改變等離子體分布及轟擊基片離子的能量變等離子體分布及轟擊基片離子的能量 . . （c c）直流等離子體噴射）直流等離子體噴射CVDCVD裝置圖裝置圖 CVDCVD技術制備金剛石薄膜裝置示意圖技術制備金剛石薄膜裝置示意圖氣氣- -液液- -固（固（VLSVLS）生長機制示意圖）生長機制示意圖 370370形成固溶體形成固溶體原料：原料：SiClSiCl4 4+H+H2 2VLSV

27、LS法生長金剛石晶須法生長金剛石晶須 485.1.5.2 5.1.5.2 溶液生長法溶液生長法p溶液生長法包括溶液生長法包括變溫法變溫法（降溫法降溫法、升溫法升溫法）、）、蒸蒸發法發法、循環流動法循環流動法、水熱法水熱法、助熔劑法助熔劑法等。等。 49（1）變溫法）變溫法p變溫法包括變溫法包括降溫法降溫法和和升溫法升溫法，最常用的是降溫法。，最常用的是降溫法。變溫法示意圖變溫法示意圖50p用降溫法生長晶體所需溫度較低，生長設備簡單，容易生用降溫法生長晶體所需溫度較低，生長設備簡單，容易生長出大的、均勻性良好又有完整外形的晶體，但生長速率長出大的、均勻性良好又有完整外形的晶體，但生長速率慢，生長

28、周期長。慢，生長周期長。p適用于降溫法生長的晶體有硫酸三甘肽（適用于降溫法生長的晶體有硫酸三甘肽（TGSTGS）、磷酸二）、磷酸二氫銨（氫銨（ADPADP）、磷酸二氫鉀（）、磷酸二氫鉀（KDPKDP）等。）等。51（2）蒸發法）蒸發法p蒸發法蒸發法是指晶體生長過程中溶液溫度保持恒定并不斷蒸發是指晶體生長過程中溶液溫度保持恒定并不斷蒸發溶劑，以保持溶液在晶體生長過程中處于過飽和狀態，促溶劑，以保持溶液在晶體生長過程中處于過飽和狀態，促使溶質在預先放入母液中的晶種上析出。使溶質在預先放入母液中的晶種上析出。p蒸發法適用于溶解度的溫度系數為負或溶解度溫度系數不蒸發法適用于溶解度的溫度系數為負或溶解度

29、溫度系數不大的物質的晶體生長。大的物質的晶體生長。p用蒸發法生長的晶體有：用蒸發法生長的晶體有： - -碘酸鋰、磷酸二氫鉀（碘酸鋰、磷酸二氫鉀（KDPKDP）、）、硫酸鋰等。硫酸鋰等。52蒸發法育晶裝置蒸發法育晶裝置 1-1-底部加熱器；底部加熱器；2-2-晶體；晶體；3-3-冷凝器；冷凝器； 4-4-冷卻水；冷卻水；5-5-虹吸管；虹吸管；6-6-量簡；量簡； 7-7-接觸控制器；接觸控制器；8-8-溫度計；溫度計；9-9-水封；水封；53（3）循環流動法）循環流動法循環流動法示意圖（結晶槽飽和槽緩沖槽）循環流動法示意圖（結晶槽飽和槽緩沖槽）三槽溫度關系？三槽溫度關系？54（4）水熱法）水熱

30、法p水熱法是在高溫高壓下從過飽和的水溶液中進行水熱法是在高溫高壓下從過飽和的水溶液中進行結晶的方法。結晶的方法。p水熱法生長單晶的裝置稱為水熱法生長單晶的裝置稱為高壓釜高壓釜。55高壓釜示意圖高壓釜示意圖 提高溫差和生長區提高溫差和生長區溫度均勻性溫度均勻性上下區溫度控制？上下區溫度控制？56p水熱法水熱法特別適用于那些具有多形變體和難溶性晶體材特別適用于那些具有多形變體和難溶性晶體材料的生長。料的生長。p用水熱法生長的晶體材料，有用水熱法生長的晶體材料，有 -SiO-SiO2 2、寶石（、寶石（AlAl2 2O O3 3）、）、氧化鋅（氧化鋅（ZnOZnO）、硫化鎘（）、硫化鎘（CdSCdS

31、）、碳酸鈣（）、碳酸鈣（CaCOCaCO3 3）、）、鎢酸鈣（鎢酸鈣（CaWOCaWO4 4）、釔鐵石榴石（）、釔鐵石榴石（Y Y3 3FeFe5 5O O1212）、鈦酸鋇）、鈦酸鋇（BaTiOBaTiO3 3）等上百種晶體，）等上百種晶體，最近又成功地用水熱法合最近又成功地用水熱法合成了成了AlPOAlPO4 4、磷酸氧鈦鉀（、磷酸氧鈦鉀（KTWKTW）等新型晶體。）等新型晶體。57水熱法生長裝置水熱法生長裝置p1-1-塞子；塞子；2-2-閉鎖螺母；閉鎖螺母；3-3-釜體；釜體；4-4-鋼環；鋼環；5-5-銅環；銅環；6-6-鈦密封墊；鈦密封墊；7-7-鈦鈦內襯；內襯；8-8-籽晶；籽晶；

32、9-9-水熱溶液；水熱溶液；10-10-培養料培養料 58（5）助熔劑法（熔鹽法或高溫溶液法）助熔劑法（熔鹽法或高溫溶液法）p助熔劑法是將所要生長的晶體原料（溶質）加入到低熔點助熔劑法是將所要生長的晶體原料（溶質）加入到低熔點的助熔劑中，使其生長溫度降低，其晶體生長的原理與水的助熔劑中，使其生長溫度降低，其晶體生長的原理與水溶液晶體生長法相似，所以又稱溶液晶體生長法相似，所以又稱高溫溶液法高溫溶液法。p用助熔劑法生長晶體可以采用用助熔劑法生長晶體可以采用降溫法降溫法、加速坩堝旋轉法加速坩堝旋轉法、溶劑蒸發法溶劑蒸發法、溫度梯度法溫度梯度法、助熔劑提拉法助熔劑提拉法等技術來實現。等技術來實現。5

33、9助熔劑法優缺點助熔劑法優缺點p助熔劑法優點：助熔劑法優點：p適用性很強，幾乎對所有材料，都能找到一些適當的助適用性很強，幾乎對所有材料，都能找到一些適當的助熔劑，從中將其單晶生長出來；熔劑，從中將其單晶生長出來；p降低了生長溫度，特別是對于生長高熔點和非同成分熔降低了生長溫度，特別是對于生長高熔點和非同成分熔化的化合物晶體，更顯出其優越性；化的化合物晶體，更顯出其優越性；p生長設備簡單，是一種很方便的生長技術。生長設備簡單，是一種很方便的生長技術。p缺點：缺點：是生長周期較長，晶體一般較小，比較適合研究用。是生長周期較長，晶體一般較小，比較適合研究用。 601）助溶劑的選擇）助溶劑的選擇p理想的助熔劑應該具有下列性質：理想的助熔劑應該具有下列性質：p對晶體材料應有對晶體材料應有足夠的溶解能力足夠的溶解能力，在生長溫度范圍內，在生長溫度范圍內，溶解度要有足夠大的變化溶解度要有足夠大的變化，以便獲得足夠高的晶體產額；，以便獲得足夠高的晶體產額；p在盡可能寬的溫度范圍內，所要的在盡可能寬的溫度范圍內，所要的晶體是惟一的穩定相，晶體是惟一的穩定相，助熔劑在晶體中的固溶度應盡可能小助熔劑在晶體中的固溶度應盡可能小；61p具有具有盡可能小的粘度盡可能小的粘度，以使溶質晶體有較快生長速度；，以使溶質晶體有較快生長速