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人工合成晶體方法簡介
作者:jzkegd  來源:本站  發表時間:2017/9/21 16:24:52  點擊:1265
  

 人工合成晶體方法簡介

目前,人工合成晶體的方法有很多,主要常見的方法簡介如下:

一.提拉法:

此法是由熔體生長單晶的一項最主要的方法,適用于大尺寸完美晶體的批量生產。被加熱的坩堝中盛著熔融的料,籽晶桿帶著籽晶由上而下插入熔體,由于固液界面附近的熔體維持一定的過冷度、熔體沿籽晶結晶,并隨籽晶的逐漸上升而生長成棒狀晶體,坩堝可以由高頻感應或電阻加熱。應用此方法時控制晶體品質的主要因素是固液界面的溫度梯度、生長速率、晶轉速率以及熔體的流體效應等。如紅寶石、藍寶石、鉭酸鋰、鈮酸鋰、二氧化碲晶體、YAG

二.焰熔法:

這個方法的原理是利用氫和氧燃燒的火焰產生高溫,使材料粉末通過火焰撒下熔融,并落在一個結晶桿或籽晶的頭部。由于火焰在爐內形成一定的 溫度梯度,粉料熔體落在一個結晶桿上就能結晶。小錘敲擊料筒震動粉料,經篩網及料斗而落下,氧氫各自經入口在噴口處,混合燃燒,結晶桿上端插有籽晶,通過結晶桿下降,使落下的粉料熔體能保持同一 高溫水平而結晶。此法生長速度較快,成本較低。這個方法的優點是不用坩堝,因此材料不受容器污染,并且可以生長熔點高達2 500℃的晶體;其缺點是生長的晶體內應力很大。

三.導模法:

是熔體提拉法的變種,也是一種定型晶體的生長技術,即邊緣限定薄膜供料提拉生長技術。它是將留有毛細管狹縫的導模具放在熔體中,熔液借毛細作用上升到模具頂部,形成一層薄膜并向四周擴散,同時受種晶誘導結晶,模具頂部的邊緣可控制晶體呈片狀、管狀或所需的某種幾何形狀產出。這種方法用于定型生長單晶材料,也用于制取人造釔鋁榴石釓鎵榴石合成剛玉及合成變石貓眼等。

四.坩堝下降法

將盛滿材料的坩堝置放在豎直的爐內爐分上下兩部分,中間以擋板隔開,上部溫度較高,能使坩堝內的材料維持熔融狀態,下部則溫度較低,當坩堝在爐內由上緩緩下降到爐內下部位置時,材料熔體就開始結晶。坩堝的底部形狀多半是尖錐形,或帶有細頸,便于優選籽晶,也有半球形狀的以便于籽晶生長。晶體的形狀與坩堝的形狀是一致的。此法適合生長大直徑晶體,且生長晶體的工藝條件容易掌握,也易于實現自動化。

五.水熱法

在高溫高壓下,通過各種堿性或酸性的水溶液使材料溶解而達到過飽和進而析晶的生長晶體方法叫水熱生長法。這個方法主要用來合成水晶,其他晶體如剛玉、方解石以及很多氧化物單晶都可以用這個方法生成。水熱法生長的關鍵設備是高壓釜,它是由耐高溫、高壓的鋼材制成。它通過自緊式或非自緊式的密封結構使水熱生長保持在2001000°C 高溫及100010000大氣壓的高壓下進行。培養晶體所需的原材料放在高壓釜內溫度稍高的底部,而籽晶則懸掛在溫度稍低的上部。由于高壓釜內盛裝一定充滿度的溶液,更由于溶液上下部分的溫差,下部的 飽和溶液通過對流而被帶到上部,進而由于溫度低而形成過飽和 析晶于籽晶上。被析出溶質的溶液又流向下部 高溫區而溶解培養料。水熱合成就是通過這樣的循環往復而生長晶體。

六.高溫超高壓法

 此法利用六面頂人造金剛石壓機能產生1900°C高溫、100——3600噸工作壓力的特性,使實驗原料在此條件下產生重熔和結晶,晶體的結構在此過程中發生變化。此法主要合成金剛石,也用來合成翡翠及石榴石。

七.其他方法

氣相反應法:一般可用升華、化學氣相輸運等過程來生長晶體。

外延法:外延生長的方法,主要有氣相外延和液相外延,也還有分子束外延等。 外延生長在半導體材料研制方面應用很廣, 磁泡材料的發展也應用了外延方法。它是指在一塊單晶片上再生長一層單晶薄層,這個薄層在結構上要與原來的晶體(稱為基片)相匹配。如在白寶石基片上外延硅。

我們相信在不遠的將來,人工合成晶體事業將更加興旺發達,蒸蒸日上。

 

下條新聞:晶體的形成方式

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