增长的融化

这个方法是最基本的。一个气体冷却,直到它变成一个吗液体,然后进一步冷却,直到它变成一个固体。多晶固体通常是由该方法,除非特殊的技术工作。在任何情况下,温度必须认真控制。大晶体可以迅速增长使用流行的方法从液体元素波兰科学家在1918年发明的Jan Czochralski和叫水晶拉。一个高度籽晶的底部垂直臂,种子就是几乎没有接触的材料表面的融化。一个现代Czochralski装置所示图7。手臂慢慢提高,晶体生长在下面接口水晶和融化。通常晶体旋转缓慢,所以尺度液体不是复制的晶体。大口径的晶体硅生长在这样的吗电脑芯片。基于测量晶体的重量在牵引过程中,计算机控制的设备可以改变牵引速率产生所需的直径。水晶拉是最便宜的方式种植大量的纯水晶。一张照片的单晶的不锈钢增长了Czochralski方法所示图7 b。右边的原始种子小费。二进制晶体也可以拉;例如,合成蓝宝石可以从熔融氧化铝晶体。需要特别注意种植二进制和其他多组分晶体;温度必须精确控制,因为这种晶体只能生长在一个非常高的温度。融化的趋势不均匀,由于两种液体可能试图通过重力分离。

的布里奇曼法(美国科学家的名字命名的珀西•威廉姆斯布里奇曼)也广泛用于大单晶生长。熔料放入坩埚的二氧化硅,通常有一个锥形低端的圆柱形状。加热器保持熔融状态。随着坩埚慢慢降低成一个凉爽地区,锥形尖水晶开始增长。坩埚是降低速度相匹配的生长晶体,晶体之间的接口和融化总是在相同的温度。移动坩埚的速度取决于温度和材料。成功完成后,整个熔融材料坩埚生长成一个单一的大晶体。该方法的一个缺点是,多余的杂质被水晶在增长。一层生长之间的界面熔化和固体杂质随着这个表面融化,和杂质集中在较高的晶体的一部分。

外延技术的发展是一个晶体,一层一层地,另一个水晶的自动平面。在均相外延晶体生长的衬底材料相同。硅层不同的杂质含量,例如,生长在硅基板制造电脑芯片。异质外延另一方面,一个水晶的衬底上另一个的增长。硅基质常常因为它们容易获得原子级光滑的形式。许多不同的半导体可以生长在硅晶体,如砷化镓、锗,碲化镉(集团)和碲化铅(PbTe)。可以使用任何平面衬底外延,然而,绝缘体等岩盐(氯化钠)和氧化镁(分别)也使用。

分子束外延是一种,MBE,通常缩写为蒸汽的增长。领域始于1968年美国科学家约翰·亚瑟阅读报道,砷化镓可能增加了发送一束镓砷原子和分子平面的水晶分子。气体分子的数量可以控制生长一层,或者两个,或者任何所需的数量。这个方法是缓慢的,因为分子束密度较低的原子。化学汽相淀积(CVD)是另一种形式的外延,利用蒸汽增长技术。也称为气相外延(汽相外延),这是由于原子MBE速度远远超过在流动气体而不是交付分子束。人造钻石增加了心血管疾病。发生在快速增长甲烷(CH₄)与原子混合氢作为气体催化剂。甲烷在加热表面解离钻石。的碳仍然在表面,氢的叶子作为一个分子。增长率是几个微米(1微米= 0.00004英寸)每小时。按照这个速度,一块石头1厘米(0.4英寸)厚种植在18周。CVD金刚石质量差的宝石,但重要的电子材料。因为氢是在自然界发现的一个分子,而不是作为一个单独的原子,使氢原子气体的主要费用增长CVD钻石。液相外延(简述)使用解决方案法生长晶体衬底。衬底放置在溶液中溶质的饱和浓度。这种技术被用于种植许多晶体应用于现代电子和光电设备,如砷化镓、砷化铝镓、磷化镓。

一个重要的担忧在成功的外延是匹配晶格距离。如果原子在衬底间距接近最高的水晶,那晶体生长良好;小不同晶格距离可以适应为晶体生长。当晶格距离是不同的,然而,顶部晶体变得畸形,因为结构性缺陷如混乱(见出现图5)。尽管一些晶体共享相同的晶格距离,很多例子是已知的。砷化铝和砷化镓具有相同的晶体结构和相同的格子呢参数在0.1%以内;他们种植优良的晶体。这样的材料,称为超晶格,有一个重复的结构n砷化镓层,米唉,层n砷化镓层,米层的唉,等等。超晶格是人为创建结构是热力学稳定;他们有许多应用在现代电子工业。模拟结果表明,另一个是外延系统碲化汞(HgTe)和碲化镉(CdTe)。这两个半导体形成一个连续半导体合金Cd_xHg_1−xTe,x是任何数量在0和1之间。这种合金作为检测器红外辐射,特别是在夜视镜。

树突增长

晶体生长速度缓慢,融化和固体之间的接口仍然是平面,和增长发生在表面均匀。晶体生长的速度更快的速度,更容易发生不稳定;这导致树突增长。凝固释放多余的能量以热的形式在固体之间的接口和融化。在缓慢的增长,叶子表面的热量扩散。快速增长创造了更多的热量,通过对流扩散太慢时(液体流)。对流打破了平面对称晶体生长发展沿着列,或者“手指”,而不是飞机。每个晶体具有一定的方向增长最快,和树突生长在这些方向。随着列不断变大,表面变得平坦,更加不稳定。这羽毛或树结构的特点是树突增长。雪花晶体的一个例子是树突增长。