Sulakasvumenetelmä
Tämän tyyppinen menetelmä on yleisimmin käytetty, sisältäen pääasiassa Czochralski-menetelmän (tunnetaan myös nimellä Chukraski-menetelmä), upokkaan laskeva menetelmä, vyöhykesulatusmenetelmä, liekkisulatuslaki (tunnetaan myös nimellä Werner Ye -menetelmä) ja niin edelleen.
Czochralskin menetelmä
Tämä menetelmä on yksi tärkeimmistä menetelmistä yksittäiskiteiden kasvattamiseksi sulatuksista, ja se soveltuu laajamittaisten täydellisten kiteiden massatuotantoon. Kuumennettu upokas sisältää sulan materiaalin, ja siemensauva kuljettaa siemenkiteen sulatteeseen ylhäältä alas. Koska kiinteän ja nesteen rajapinnan lähellä oleva sula säilyttää tietyn tason alijäähtymistä, sula kiteytyy pitkin siemenkitettä ja seuraa sitä. Siemenkide kohoaa vähitellen ja kasvaa sauvamaiseksi yksittäiskiteeksi. Upokas voidaan lämmittää korkeataajuisella induktiolla tai vastuksella. Puolijohdegermanium, pii, oksidiyksityiskiteet, kuten yttrium-alumiinigranaatti, gadoliniumgalliumgranaatti, litiumniobaatti jne., kasvatetaan kaikki tällä menetelmällä. Tärkeimmät tekijät, jotka säätelevät kiteiden laatua tätä menetelmää käytettäessä, ovat kiinteän ja nesteen rajapinnan lämpötilagradientti, kasvunopeus, kiteen muuntumisnopeus ja sulatteen nestevaikutus.
Upokas laskeva menetelmä
Aseta upokas täynnä materiaaleja pystysuoraan uuniin. Uuni on jaettu kahteen osaan, jotka erotetaan välilevyllä. Upokkaan materiaali pidetään sulassa tilassa ja alaosan lämpötila on alhaisempi. Kun upokas lasketaan hitaasti uunissa ylhäältä uunin alaosaan, materiaalisula alkaa kiteytyä. Upokkaan pohjan muoto on enimmäkseen suippeneva tai kapealla kaulalla siemenkiteiden valinnan helpottamiseksi, ja on myös puolipallon muotoisia siemenkiteiden kasvua helpottavia muotoja. Kiteen muoto on yhdenmukainen upokkaan muodon kanssa, ja tällä tavalla kasvatetaan suuria optisia kiteitä, kuten alkalihalogeeniyhdisteitä ja fluorideja.
Vyöhykesulatusmenetelmä
Monikiteinen materiaalisauva johdetaan kapean korkean lämpötilan vyöhykkeen läpi kapeaksi sulamisvyöhykkeeksi, ja materiaalisauva tai kuumennuskappale siirretään sulatusvyöhykkeen aikaansaamiseksi. Se liikkuu ja kiteytyy, ja lopuksi materiaalisauva muodostaa yksikidesauvan. Tämä menetelmä voi parantaa yksikidemateriaalin puhtautta kiteytysprosessin aikana, ja se voi myös tehdä seostusaineesta erittäin tasaisesti seostetun. Vyöhykesulatustekniikkaa on kahdenlaisia: vaakasuuntainen menetelmä ja pintajännitykseen perustuva kelluva vyöhykesulatus.
Liekkisulatusmenetelmä
Tämän menetelmän periaate on käyttää vedyn ja hapen palamisen liekkiä korkean lämpötilan tuottamiseen niin, että materiaalijauhe hajoaa liekin läpi ja sulaa ja putoaa kiteytyssauvan tai siemenkidepään päälle. Koska liekki muodostaa uunissa tietyn lämpötilagradientin, jauhesulate voi kiteytyä putoaessaan kiteytyssauvan päälle. Liekkisulatusmenetelmän kasvuperiaate: pieni vasara osuu piippuun värähtelemään jauhetta ja jauhe putoaa seulan ja suppilon läpi. Happi ja vety sekoitetaan ja poltetaan suuttimessa tuloaukon kautta. Siemenkide asetetaan kiteytyssauvan yläpäähän, ja se laskeutuu kiteytyssauvan läpi. Putoava jauhesula voi säilyttää saman korkean lämpötilan ja kiteytyä.
Tämä menetelmä on kypsin menetelmä korundin ja rubiinien kasvattamiseen, ja se tuottaa useita tonneja vuosittain maailmanlaajuisesti. Tämän menetelmän etuna on, että upokasta ei käytetä, joten säiliö ei saastuta materiaalia ja voidaan kasvattaa kiteitä, joiden sulamispiste on jopa 2500 ℃; Haittana on, että kasvaneen kiteen sisäinen jännitys on erittäin suuri.
Ratkaisun kasvumenetelmä
Tämä menetelmä voidaan määrittää liuottimen mukaan. Laaja valikoima liuoskasvatusta sisältää vesiliuokset, orgaaniset ja muut epäorgaaniset liuokset, sulat suolat ja liuokset hydrotermisissa olosuhteissa. Yleisin on kasvattaa kiteitä vesiliuoksista. Pääperiaate kiteiden kasvattamisessa liuoksesta on saada liuos saavuttamaan ylikyllästynyt tila ja kiteytyä. Yleisimmät menetelmät ovat seuraavat: ① Nosta tai laske lämpötilaa liuoksen liukoisuuskäyrän ominaisuuksien mukaan; ② Käytä haihdutusta ja muita menetelmiä liuottimen poistamiseen lisätäksesi liuoksen pitoisuutta. Tietysti on myös muita tapoja, kuten käyttämällä tiettyjen aineiden stabiilin faasin ja metastabiilin faasin välistä liukoisuuseroa, säätelemällä tiettyä lämpötilaa siten, että metastabiili faasi liukenee jatkuvasti ja stabiili faasi kasvaa jatkuvasti.
Vesiliuosmenetelmä
Yleensä vesihauteen kiteiden kasvattamiseen tarvitaan vesiliuoksesta vesihaudekiteen kasvatuslaite, joka sisältää kiteen pitotangon, joka voi varmistaa tiivistyksen ja pyörimisen siten, että liuoksen koostumus kiteen rajapinnan ympärillä voi olla Tasaisuuden säilyttämiseksi on olemassa liuos kideinkubaattorissa, jota valvotaan tiukasti vesihauteessa olevan veden lämpötilalla kiteytymisen saavuttamiseksi. On erittäin tärkeää hallita sopiva jäähdytysnopeus, jotta liuos saadaan metastabiiliin tilaan ja ylläpitää asianmukaista ylikylläisyyttä.
For materials with a negative temperature coefficient or a small solubility temperature coefficient, the solution can be kept at a constant temperature, and the solvent can be continuously removed from the crystal incubator to make the crystal grow. This method is used to crystallize It is called the evaporation method. Many functional crystals, such as potassium dihydrogen phosphate, β lithium iodate, etc., are grown by the aqueous solution method.
Hydroterminen menetelmä
Korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa materiaali liuotetaan erilaisiin emäksisiin tai happamiin vesiliuoksiin ylikyllästyksen saavuttamiseksi ja sitten kiteytyy. Kiteiden kasvatusmenetelmää kutsutaan hydrotermiseksi kasvuksi. . Tätä menetelmää käytetään pääasiassa kiteiden syntetisointiin. Tällä menetelmällä voidaan tuottaa muita kiteitä, kuten korundia, kalsiittia, sinistä asbestia ja monia oksidiyksityiskiteitä. Hydrotermisen kasvun keskeisin laitteisto on autoklaavi, joka on valmistettu korkean lämpötilan ja korkean paineen kestävästä teräksestä. Se käyttää itsekiristyvää tai ei-itsekiristyvää tiivistysrakennetta pitämään hydrotermisen kasvun korkeassa 200-1000°C:n lämpötilassa ja 1000-10000 ilmakehän paineessa. Kiteiden viljelyyn tarvittavat raaka-aineet sijoitetaan autoklaavin alaosaan korkeammassa lämpötilassa, kun taas siemenkiteet ripustetaan yläosaan alemmassa lämpötilassa. Koska autoklaavi sisältää liuoksen tietyn täyteyden ja liuoksen ylä- ja alaosan välisen lämpötilaeron vuoksi, alaosan kylläinen liuos tuodaan yläosaan konvektiolla ja sitten ylikyllästetään ja kiteytetään. siemenkiteessä alhaisen lämpötilan vuoksi. Saostuneen liuenneen aineen liuos virtaa alemman korkean lämpötilan vyöhykkeelle viljelymateriaalin liuottamiseksi. Hydroterminen synteesi on kasvattaa kiteitä tällaisten syklien kautta.
Flux menetelmä
Tämä menetelmä viittaa kideraaka-aineiden liuottamiseen suolaliuottimeen, joka voi sulaa alemmassa lämpötilassa korkeassa lämpötilassa muodostaen tasaisen kylläisen liuoksen, joten sitä kutsutaan myös sulan suolan menetelmäksi. Hitaalla jäähdytyksellä tai muilla menetelmillä muodostuu ylikyllästynyt liuos ja kiteet saostuvat. Se on samanlainen kuin yleiset liuoskasvatuskiteet. Monille korkean sulamispisteen oksideille tai materiaaleille, joilla on korkea höyrynpaine, tätä menetelmää voidaan käyttää kiteiden kasvattamiseen. Tämän menetelmän etuna on, että kasvuun vaadittava lämpötila on alhaisempi. Lisäksi tätä menetelmää voidaan käyttää kiteiden kasvattamiseen joillekin materiaaleille, joilla on epäidenttinen sulamispiste (peritektinen reaktio) tai faasimuutos korkeasta lämpötilasta jäähdytettäessä. BaTiO3-kiteen ja Y3Fe5O12-kiteen onnistunut kasvu ovat edustavia esimerkkejä tästä menetelmästä. Tätä menetelmää käytettäessä tulee kiinnittää huomiota liuenneen aineen ja virtauksen väliseen faasitasapainoon.
Höyryn kasvumenetelmä
Yleensä sublimaatiota, kemiallista höyrynsiirtoa ja muita prosesseja voidaan käyttää kiteiden kasvattamiseen.
Sublimaatiomenetelmä
Tämä tarkoittaa, että kiinteä aine muuttuu kaasufaasiksi heti lämpötilan nostamisen jälkeen ja kaasufaasi saavuttaa matalan lämpötilan vyöhykkeen ja tiivistyy suoraan kiteiksi. Koko prosessi ei käy läpi nestekidekasvatusmenetelmää. Joitakin alkuaineita, kuten arseenia, fosforia ja yhdisteitä, kuten ZnS ja CdS, voidaan saada sublimaatiomenetelmällä.
Kemiallisen höyryn kuljetus
Tämä kiteiden kasvattamistekniikka tarkoittaa, että kiinteät materiaalit tuottavat haihtuvia yhdisteitä kuljetusaineen kemiallisen reaktion kautta:
Kiinteä + kuljetusaine on haihtuva yhdiste
Jos valmistettua yhdistettä käytetään materiaalilähteenä palautuvan haihtumis- ja kerrostumisprosessin sekä kontrollin kautta, kide voi kasvaa tietyllä alueella tai alustalla. Come out. Tätä tekniikkaa kutsutaan kemialliseksi höyrykuljetukseksi. Tyypillinen nikkelin puhdistusprosessi on kemiallinen kuljetusprosessi.
Epitaksia
Tunnetaan myös nimellä epitaksiaalinen kasvu, se viittaa yksikideohutkerroksen kasvuun yhdellä kiekolla. Tämän ohuen kerroksen on oltava rakenteellisesti samanlainen kuin alkuperäinen kide (kutsutaan substraatiksi), jotta se sopii yhteen. Epitaksia voidaan jakaa homogeeniseen epitaksiin ja heterogeeniseen epitaksiin. Piikiekon, kuten puolijohdemateriaalin, päällä olevan piikerroksen epitaksi on homoepitaksiaalinen; jos pii on epitaksiaalinen valkoisella safiirisubstraatilla, se on heteroepitaksiaalinen.
Epitaksiaalisen kasvun menetelmiä ovat pääasiassa höyryfaasi- ja nestefaasiepitaksia sekä molekyylisuihkuepitaksia. Epitaksiaalista kasvua käytetään laajalti puolijohdemateriaalien kehittämisessä, ja magneettisten kuplamateriaalien kehittäminen on myös soveltanut epitaksiaalisia menetelmiä.
Höyryfaasin epitaksimateriaalit kerrostetaan yksikidealustalle höyryfaasissa. Tätä yksikidekalvon kasvattamismenetelmää kutsutaan höyryfaasiepitaksiaksi. Höyryfaasiepitaksia on kaksi tapaa: avoin putki ja suljettu putki. Pii- ja galliumarsenidi-epitaksia ovat enimmäkseen avoputkiepitaksia.
Nestefaasiepitaksi liuottaa epitaksiin käytetyn materiaalin liuokseen sen kylläiseksi tekemiseksi, sitten liottaa yksikidealustan liuokseen ja tekee sitten liuoksen ylikyllästyneeksi, mikä saa materiaalin jatkamaan substraatille saostuneiksi kiteiksi. Säädä kidekerroksen paksuutta uuden yksikideohutkalvon saamiseksi. Tällaista prosessia kutsutaan nestefaasiepitaksiaksi. Tämän menetelmän etuja ovat yksinkertainen käyttö, alhaisempi kasvulämpötila ja nopeampi nopeus, mutta epäpuhtauspitoisuuden gradienttia on vaikea hallita kasvatusprosessin aikana. Puolijohdemateriaalin galliumarsenidin epitaksiaalinen kerros, magneettikuplamateriaalin granaattikalvon kasvu, käyttävät enimmäkseen tätä menetelmää.