[拼音]：jingti peiyu

[外文]：crystal growth

研究晶體特別是單晶體生長(zhǎng)方法和晶體生長(zhǎng)機(jī)理的化學(xué)、物理學(xué)及晶體學(xué)，以及晶體質(zhì)量的檢驗(yàn)和控制等。是現(xiàn)代科學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域。單晶體通常是指在宏觀尺度范圍內(nèi)不包含大角度晶界的晶體。在自然界中存在著許多大的單晶體，如水晶、方解石、金剛石等。但多數(shù)金屬、氧化物、鹽類等均不以單晶體的形式存在，這些物質(zhì)的單晶往往需要用人工的方法加以培育。隨著現(xiàn)代科學(xué)和工程技術(shù)的發(fā)展，單晶在理論上和實(shí)用上都占有重要的地位，例如：許多半金屬（鍺、硅等）和Ⅲ-Ⅴ族、Ⅳ-Ⅵ族化合物單晶是制作電子、 激光和紅外器件的材料。在金屬物理和材料科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，如金屬?gòu)?qiáng)度、形變、相變、晶體缺陷和擴(kuò)散等，單晶也是重要的研究對(duì)象。由于研究的內(nèi)容不同和實(shí)際應(yīng)用的差別，對(duì)晶體的大小和質(zhì)量的要求也各不相同，因此出現(xiàn)許多培育晶體的方法。

從熔體中培育單晶

（1）提拉法 將金屬或合金在保護(hù)氣氛下加熱熔化，然后用一定取向的籽晶引提熔體，一面旋轉(zhuǎn)，一面按一定速度上升，溶體在上升過(guò)程中逐漸凝固結(jié)晶成單晶。這種方法是1918年波蘭的喬赫拉斯基(J.Czochraski)首先提出的，故稱為喬赫拉斯基法（或稱提拉法），見(jiàn)圖1。由于這種方法比較簡(jiǎn)便，能生長(zhǎng)質(zhì)地優(yōu)良的近完整單晶，特別是美國(guó)達(dá)什(W.C.Dash)提出縮頸-細(xì)頸工藝之后，能生長(zhǎng)無(wú)位錯(cuò)和少位錯(cuò)大直徑單晶。在沒(méi)有籽晶時(shí)，也可慢速拉成細(xì)頸使得某一晶粒充分發(fā)育，以至細(xì)頸僅包含一個(gè)晶粒，這樣繼續(xù)生長(zhǎng)也可得到單晶?，F(xiàn)在此法在控制單晶體的質(zhì)量、制取大直徑單晶和自動(dòng)化操作方面取得很大進(jìn)展。

（2）區(qū)域熔化(簡(jiǎn)稱區(qū)熔)法 是培育單晶的另一類方法。它用可移動(dòng)的加熱線圈形成可移動(dòng)的熔區(qū)，以多晶棒為原料。在加熱多晶棒端部形成熔區(qū)時(shí)，用比多晶棒小很多的籽晶引晶，然后以適當(dāng)速度緩慢移動(dòng)熔區(qū)，使多晶棒經(jīng)熔融-凝固而長(zhǎng)成單晶，見(jiàn)圖2。培育金屬晶體還常采用如圖3所示的布里奇曼(Bridgman)法，模子中的液態(tài)金屬緩慢進(jìn)入低溫區(qū)而結(jié)晶成單晶。

在固態(tài)下培育單晶

根據(jù)形變量較?。ㄏ喈?dāng)于某臨界值）的多晶材料再結(jié)晶退火時(shí)，可以獲得很大晶粒的原理，發(fā)展了形變-再結(jié)晶退火固態(tài)培育單晶的方法。其要點(diǎn)是把多晶材料制成一定形狀（一般為絲狀或長(zhǎng)的薄片狀），給其一定的形變量后，在再結(jié)晶溫度下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間退火，可以得到單晶。

在氣態(tài)下培育單晶

許多金屬的鹵化物在高溫下分解出金屬蒸氣，也可以用蒸發(fā)、濺射等方法獲得金屬或合金的蒸氣。如果在金屬蒸氣中引入籽晶并使其保持一定溫度，同時(shí)控制蒸氣濃度，籽晶可以從蒸氣中吸取金屬原子而繼續(xù)長(zhǎng)大。如果籽晶呈棒狀，且僅沿徑向長(zhǎng)大，則可得到棒狀單晶，稱為氣相生長(zhǎng)單晶；如果籽晶為片狀，且僅在片的一個(gè)表面生長(zhǎng)，稱為氣相外延生長(zhǎng)。由于蒸氣來(lái)源和襯底籽晶不同，外延方法有多種多樣。如果外延層與襯底相同，稱為同質(zhì)外延，否則稱為異質(zhì)外延。如果外延層與襯底物質(zhì)不同，但晶體結(jié)構(gòu)相同，雖然點(diǎn)陣參數(shù)的差別使界面附近存在點(diǎn)陣錯(cuò)配，但仍獲得單晶外延層。如果外延層與襯底物質(zhì)不同，晶體結(jié)構(gòu)也不同，則只能在某些有較好匹配關(guān)系的晶面上外延，得不到單晶外延層。

晶須培育

晶須是一種在一定條件下生長(zhǎng)的細(xì)絲狀單晶。金屬晶須直徑小到1微米時(shí)，它的強(qiáng)度比普通大塊金屬晶體的強(qiáng)度高100倍以上。有自然生長(zhǎng)的晶須，但可供研究的晶須多用人工方法培育。常用的有金屬蒸氣凝聚法和金屬鹵化物還原法。前一方法通過(guò)過(guò)飽和金屬蒸氣在較低溫度的凝聚頭上凝聚，開始時(shí)生長(zhǎng)端向前（軸向）生長(zhǎng)的速度遠(yuǎn)大于橫向（徑向）生長(zhǎng)速度，至達(dá)到晶須的最后長(zhǎng)度，即當(dāng)徑向開始生長(zhǎng)時(shí)應(yīng)停止培育。

另一方法是把鹵化物裝入一小舟中，放在通氫氣的爐內(nèi)，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)，便可從中生長(zhǎng)出長(zhǎng)度達(dá)幾厘米、直徑由幾微米到幾十微米的晶須。此外，還有各種沉淀（包括由熔態(tài)、溶液、電解槽中及固態(tài)中沉淀）的方法。

參考書目

1. J.J.Gilman ed.，The Art and Science of Growing Crystals，Wiley，London，1963.
2. B.R.Pamplin， Crystal Growth， Pergamon Press，Oxford，1975.
3. 張克從、張樂(lè)?主編：《晶體生長(zhǎng)》，科學(xué)出版社，北京，1981。

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