九年级化学下册 7.4 晶体生长1 粤教版ppt课件

1、Important crystals 晶体，不仅美丽，而且适用哦。晶体，特别是单晶，广泛运用于各个高新科技领域： 激光任务物质：YAG (Y3Al5O12) 非线性光学晶体：KDP(KH2PO4)、BBO(-BaB2O4)、 LBO(LiB3O5)、CBO(CsB3O5)、LCB(La2CaB10O19) 闪烁晶体：BGO (Bi4Ge3O12)、PbWO3 磁性资料：R3Fe5O12、(Te,Dy)Fe2 半导体资料：Si、Ge、GaAs、GaN 超硬资料：金刚石、立方氮化硼，1.晶体生长的普通方法晶体是在物相转变的情况下构成的。晶体是在物相转变的情况下构成的。物相有三种，即气相、液相和固相

2、。物相有三种，即气相、液相和固相。由气相、液相由气相、液相固相时构成晶体，固相时构成晶体，固相之间也可以直接产生转变。固相之间也可以直接产生转变。 (1)固相生长:固体固体 在具有固相转变的资料中进展在具有固相转变的资料中进展 石墨石墨金刚石金刚石 经过热处置或激光照射等手段，将一部分构造不经过热处置或激光照射等手段，将一部分构造不完好的晶体转变为较为完好的晶体完好的晶体转变为较为完好的晶体 微晶硅微晶硅单晶硅薄膜单晶硅薄膜(2)液相生长:液体固体 溶液中生长溶液中生长 从溶液中结晶从溶液中结晶 当溶液到达过饱和时，才干析出晶体当溶液到达过饱和时，才干析出晶体. 可在低于资料的熔点温度下生长晶

3、体，因此它们特别可在低于资料的熔点温度下生长晶体，因此它们特别适宜于制取那些熔点高，蒸汽压大，用熔体法不易生长的适宜于制取那些熔点高，蒸汽压大，用熔体法不易生长的晶体和薄膜；晶体和薄膜； 如如GaAs液相外延液相外延(LPE-liquid phase epitaxy) 熔体中生长熔体中生长 从熔体中结晶从熔体中结晶 当温度低于熔点时，晶体开场析出，也当温度低于熔点时，晶体开场析出，也就是说，只需当熔体过冷却时晶体才干发生。就是说，只需当熔体过冷却时晶体才干发生。 如水在温度低于零摄氏度时结晶成冰；金属熔体冷却如水在温度低于零摄氏度时结晶成冰；金属熔体冷却到熔点以下结晶成金属晶体。到熔点以下结晶

4、成金属晶体。 可生长纯度高，体积大，完好性好的单晶体，而且生可生长纯度高，体积大，完好性好的单晶体，而且生长速度快，是制取大直径半导体单晶最主要的方法长速度快，是制取大直径半导体单晶最主要的方法 我国首台我国首台12英寸单晶炉研制胜利英寸单晶炉研制胜利 (070615),所制备的硅所制备的硅单晶主要用于集成电路元件和太阳能电池单晶主要用于集成电路元件和太阳能电池 (3)气相生长:气体固体 从气相直接转变为固相的条件是要有足够低的蒸气压。从气相直接转变为固相的条件是要有足够低的蒸气压。 例子例子:在火山口附近常由火山喷气直接生成硫、碘或氯化钠的晶体。在火山口附近常由火山喷气直接生成硫、碘或氯化钠

5、的晶体。雪花就是由于水蒸气冷却直接结晶而成的晶体雪花就是由于水蒸气冷却直接结晶而成的晶体 气体凝华气体凝华:物质从气态直接变成固体物质从气态直接变成固体化学气相堆积化学气相堆积(CVD) 晶体生长的普通方法晶核的构成 热力学条件满足后热力学条件满足后,晶体开场生长晶体开场生长 晶体生长的普经过程是先构成晶核晶体生长的普经过程是先构成晶核,然后再然后再逐渐长大逐渐长大. 晶核晶核: 成为结晶生长中心的晶胚成为结晶生长中心的晶胚 三个生长阶段三个生长阶段: 介质到达过饱和或者过冷却阶段介质到达过饱和或者过冷却阶段 成核阶段成核阶段nucleation(均匀成核均匀成核,非均匀成核非均匀成核) 生长

6、阶段生长阶段crystal growth晶核的长大晶核的长大晶核长大的条件晶核长大的条件 1动态过冷动态过冷 动态过冷度：晶核长大所需的界面过冷度。动态过冷度：晶核长大所需的界面过冷度。 是资料凝固的必要条件是资料凝固的必要条件 2足够的温度足够的温度 3适宜的晶核外表构造适宜的晶核外表构造普通规律 晶核构成速度快，晶体生长速度慢晶核构成速度快，晶体生长速度慢 晶核数目多，最终易构成小晶粒晶核数目多，最终易构成小晶粒 晶核构成速度慢，晶体生长速度快晶核构成速度慢，晶体生长速度快 晶核数目少，最终易构成大晶粒晶核数目少，最终易构成大晶粒 留意：整个晶化过程，体系处于动态变化留意：整个晶化过程，体

7、系处于动态变化形状形状back晶体生长的两种实际晶体生长的两种实际一一 层生长实际层生长实际柯塞尔柯塞尔1927年首先提出年首先提出,后来被斯特兰斯后来被斯特兰斯基加以开展基加以开展 内容内容: 它是论述在晶核的光滑外表上生长一它是论述在晶核的光滑外表上生长一层原子面时，质点在界面上进入晶格层原子面时，质点在界面上进入晶格“座位的座位的 最正确位置是具有三面凹入角的位置最正确位置是具有三面凹入角的位置 其次具有二面凹入角的位置；其次具有二面凹入角的位置； 最不利的生长位置吸附分子和孔。最不利的生长位置吸附分子和孔。 由此可以得出如下的结论由此可以得出如下的结论 即晶体在理想情况下生长时，先长一

8、即晶体在理想情况下生长时，先长一条行，然后长相邻的行。在长满一层条行，然后长相邻的行。在长满一层面网后，再开场长第二层面网。晶面面网后，再开场长第二层面网。晶面(最外的面网最外的面网)是平行向外推移而生长的是平行向外推移而生长的。这就是晶体的层生长实际。这就是晶体的层生长实际层生长实际层生长实际晶体生长的两种实际晶体生长的两种实际 二螺旋生长实际二螺旋生长实际 弗朗克等人在研讨气相中晶体的生长时，弗朗克等人在研讨气相中晶体的生长时，估计体系过饱和度不小于估计体系过饱和度不小于25502550。然而。然而在实验中却难以到达在实验中却难以到达, ,并且在过饱和度小于并且在过饱和度小于2 2的气相中晶体亦能生长。这种景象并不的气相中晶体亦能生长。这种景象并不是层生长实际所能解释的。是层生长实际所能解释的。 为理处理实际与实践的矛盾为理处理实际与实践的矛盾, ,他们根据实践他们根据实践晶体构造的各种缺陷中最常见的位错景象晶体构造的各种缺陷中最常见的位错景象，在，在19491949年提出了晶体的螺旋生长实际。年提出了晶体的螺旋生长实际。 内容内容: : 晶体生长界面上螺旋位错露头点可作为晶体生长界面上螺旋位错露头点可作为晶体生长的台阶源，促进光滑界面上的生晶体生长的台阶源，促进光滑界面上的生长。长。n证明了螺旋生长实际 均匀成核自发成核均匀成核自发成核 在过饱和在过