Hagnýtur kristalsefni

Undirbúningsaðferð

Bræðsluaðferð

Vöxtur kristalla úr bræðslu er ein algengasta og mikilvægasta aðferðin til að útbúa stóra staka kristalla og staka kristalla af sérstökum lögun.

Flest einkristalla efnin sem þarf í nútíma tæknilegum forritum eins og rafeindatækni og ljósfræði eru framleidd með bráðnar vaxtaraðferðum, svo sem einskristal sílikoni, GaAs (gallíum nítríði), LiNbO3 (litíum níóbat), Nd:YAG (neodymium dopped ytterbium ál). granat), Al2O3 (hvítur gimsteinn) og ákveðna jarðalkalímálma og halógensambönd jarðalkalímálma o.fl.

Í samanburði við aðrar aðferðir hefur bræðsluvöxtur venjulega kosti hraðvaxtar og mikils hreinleika og heilleika kristalla. Einfalda meginreglan um kristalvöxt með bræðsluaðferðinni er að bræða hráefnið fyrir kristalvöxt og storkna það í einn kristal við ákveðnar aðstæður. Bráðnun hráefnisins og storknun bræðslunnar eru tvö helstu skrefin.

Bræðslan verður að storkna á stefnubundinn hátt við stýrðar aðstæður og vaxtarferlið er framkvæmt með hreyfingu fasts-vökva tengisins. Til að vaxa kristalla í bræðslunni þarf hitastig kerfisins að vera undir jafnvægishitastiginu. Ástandið þar sem kerfishiti er undir jafnvægishitastiginu verður undirkæling.

Algildi undirkælingar er magn undirkælingar, sem gefur til kynna umfang undirkælingar kerfisins. Undirkælingin er drifkrafturinn fyrir kristalvöxt í bræðsluaðferðinni. Fyrir tiltekið kristallað efni er aðalþátturinn sem ákvarðar kristalvaxtarhraða við ákveðna undirkælingu hlutfallsleg stærð hitastigsins milli kristalsins og bræðslunnar.

Venjulegt hitastig lausnaraðferð

Vöxtur kristalla úr lausn á sér lengsta sögu og er mikið notaður. Grundvallarreglan í þessari aðferð er að leysa upp leysta hráefnið í leysi og gera viðeigandi ráðstafanir til að valda yfirmettuðu ástandi lausnarinnar sem kristallarnir eru ræktaðir í. Lausnaraðferðin hefur eftirfarandi kosti:

1. Hægt er að rækta kristalla við hitastig vel undir bræðslumarki þeirra. Það eru margir kristallar sem brotna niður undir bræðslumarki eða gangast undir óæskilegar kristallabreytingar og sumir hafa háan gufuþrýsting við bráðnun. Lausnin gerir þessum kristöllum kleift að vaxa við lægra hitastig og forðast þannig ofangreind vandamál. Að auki er auðveldara að velja hitagjafa og vaxtarker til að láta kristalla vaxa við lágt hitastig.

2. Minnkuð seigja. Sumir kristallar eru mjög seigfljótandi í bráðnu ástandi og geta ekki myndað kristalla og verða glerkenndir þegar þeir eru kældir.

3. það er auðvelt að vaxa í stóra, einsleita kristalla með heilli lögun.

4. í flestum tilfellum er hægt að fylgjast beint með kristalvaxtarferlinu, sem auðveldar rannsókn á hreyfihvörfum kristalvaxtar. Ókostir lausnaraðferðarinnar eru margir þættirnir, flóknir þátta sem hafa áhrif á kristalvöxt, hægur vaxtarhraði og langur tími (venjulega tekur það tugi daga eða jafnvel meira en ár).

Að auki krefst lausnaraðferðin mikla nákvæmni í hitastýringu fyrir kristalvöxt. Nauðsynlegt skilyrði fyrir kristalvöxt með lausnaraðferðinni: styrkur lausnarinnar er meiri en jafnvægisstyrkurinn við það hitastig, þ.e. yfirmettun. Drifkrafturinn er hversu mikil ofmettun er.

Háhitalausnaraðferð

Háhitalausnaraðferðin er mikilvæg aðferð til að rækta kristalla og var ein af þeim aðferðum sem notuð voru í snemma gullgerðarlist. Vaxandi kristallar úr lausn eða bráðnu saltleysi við háan hita gerir uppleystu fasanum kleift að vaxa við hitastig vel undir bræðslumarki. Þessi aðferð hefur eftirfarandi kosti umfram aðrar aðferðir:

1. Sterkt notagildi, svo lengi sem þú getur fundið viðeigandi flæði eða samsetningu flæðis geturðu vaxið staka kristalla.

2. mörg eldföst efnasambönd og í bræðslumarki er mjög rokgjarnt eða hátt hitastig þegar breyting á gildi eða fasabreytingarefni, sem og ósamsöm samsetning bráðnu efnasambanda, getur ekki verið beint frá bræðslu til að vaxa eða getur ekki vaxið fullkomin hágæða einkristallar, flæðisaðferð vegna vaxtar lágs hitastigs, sýnir flæðisaðferðina. Fluxaðferðin sýnir einstaka hæfileika vegna lágs vaxtarhita.

Ókostir við undirbúning kristals með bráðnu saltaðferðinni:

hægur kristalvöxtur; ekki auðvelt að fylgjast með; flæði eru oft eitruð; lítill kristalstærð; gagnkvæm mengun af fjölþátta flæði.

Þessi aðferð er hentug til að undirbúa eftirfarandi efni:

(1) efni með hátt bræðslumark;

(2) efni með fasaskipti við lágan hita;

(3) íhlutir með háum gufuþrýstingi í íhlutunum. Grunnregla: Háhitalausnaraðferð er kristallað efni sem er leyst upp í viðeigandi flæði við háhitaskilyrði til að mynda lausn, og grunnreglan hennar er sú sama og stofuhitalausnaraðferðin. Hins vegar er val á flæði og ákvörðun á fasasambandi lausnarinnar forsenda fyrir vexti kristalla í háhitalausnaraðferðinni.

Eðlisefnafræðileg gufufasaaðferð

Svokölluð gasfasaaðferð fyrir kristalvöxt er að breyta kristalsefninu sem á að rækta í gasfasa með ferli sublimation, uppgufun og niðurbroti og láta það síðan verða mettuð gufa við viðeigandi aðstæður og vaxa í kristal með þéttingu og kristöllun. Einkenni kristalvaxtar með gasfasaaðferðinni eru:

1. hár hreinleiki ræktaðra kristalla;

2. góð heilleiki vaxinna kristalla;

3. hægur vaxtarhraði kristallanna;

4. röð þátta sem erfitt er að stjórna, svo sem hitastigshlutfall, yfirmettunarhlutfall, flæðishraða flutningsgassins, osfrv. Eins og er er gasfasaaðferðin aðallega notuð til að vaxa hárhúð og vöxt epitaxial filma (einsleitar og misleitt epitaxy), en vöxtur stórra magnkristalla hefur sína ókosti.

Gufufasaaðferðinni má skipta í tvær megingerðir: Eðlisfræðilega

Vapor Deposition (PVD): umbreyting fjölkristallaðra efna í staka kristalla með eðlisfræðilegri samruna, svo sem sublimation-þéttingu, sameindageisla epitaxy og katódísk sputtering;

Chemical Vapor Deposition (CVD): Umbreyting fjölkristallaðra hráefna í staka kristalla í gegnum gasfasann með efnaferlum, svo sem efnaflutningsaðferð, gasniðurbrotsaðferð, gasmyndunaraðferð og MOCVD aðferð.