Mga Magagamit na Crystal na Materyal

Paraan ng Paghahanda

Paraan ng Natunaw

Ang paglaki ng mga kristal mula sa pagkatunaw ay isa sa mga pinakakaraniwan at mahalagang pamamaraan para sa paghahanda ng malalaking solong kristal at solong kristal ng mga tiyak na hugis.

Karamihan sa mga solong kristal na materyales na kailangan sa modernong mga teknikal na aplikasyon tulad ng electronics at optika ay inihanda sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng pagtunaw ng paglago, tulad ng solong kristal na silikon, GaAs (gallium nitride), LiNbO3 (lithium niobate), Nd:YAG (neodymium-doped ytterbium aluminum garnet), Al2O3 (puting gemstone) at ilang alkaline earth metal at halogenated compound ng alkaline earth metals, atbp.

Kung ikukumpara sa iba pang mga pamamaraan, ang paglago ng matunaw ay karaniwang may mga pakinabang ng mabilis na paglaki at mataas na kadalisayan at integridad ng mga kristal. Ang simpleng prinsipyo ng paglaki ng kristal sa pamamagitan ng paraan ng pagtunaw ay ang pagtunaw ng hilaw na materyal para sa paglaki ng kristal at patatagin ito sa isang solong kristal sa ilalim ng ilang mga kundisyon. Ang pagtunaw ng hilaw na materyal at ang solidification ng matunaw ay ang dalawang pangunahing hakbang.

Ang matunaw ay dapat na solidified sa isang direksyon na paraan sa ilalim ng kinokontrol na mga kondisyon, at ang proseso ng paglago ay nagagawa sa pamamagitan ng paggalaw ng solid-liquid interface. Upang lumaki ang mga kristal sa pagkatunaw, ang temperatura ng sistema ay dapat na mas mababa sa temperatura ng equilibrium. Ang estado kung saan ang temperatura ng system ay mas mababa sa temperatura ng equilibrium ay nagiging subcooling.

Ang ganap na halaga ng subcooling ay ang antas ng subcooling, na nagpapahiwatig ng magnitude ng subcooling ng system. Ang antas ng subcooling ay ang puwersang nagtutulak para sa paglaki ng kristal sa paraan ng pagtunaw. Para sa isang partikular na crystalline substance, ang pangunahing salik na tumutukoy sa rate ng paglago ng kristal sa isang partikular na antas ng subcooling ay ang kamag-anak na laki ng gradient ng temperatura sa pagitan ng kristal at ng pagkatunaw.

Paraan ng Normal na Solusyon sa Temperatura

Ang paglaki ng mga kristal mula sa solusyon ay may pinakamahabang kasaysayan at malawakang ginagamit. Ang pangunahing prinsipyo ng pamamaraang ito ay upang matunaw ang hilaw na materyal na solute sa isang solvent at gumawa ng naaangkop na mga hakbang upang maging sanhi ng isang supersaturated na estado ng solusyon kung saan lumaki ang mga kristal. Ang pamamaraan ng solusyon ay may mga sumusunod na pakinabang:

1. Ang mga kristal ay maaaring lumaki sa mga temperatura na mas mababa sa kanilang pagkatunaw. Mayroong maraming mga kristal na nabubulok sa ibaba ng kanilang pagkatunaw o sumasailalim sa hindi kanais-nais na mga pagbabagong kristal, at ang ilan ay may mataas na presyon ng singaw kapag natutunaw. Ang solusyon ay nagpapahintulot sa mga kristal na ito na lumago sa isang mas mababang temperatura, sa gayon ay maiiwasan ang mga problema sa itaas. Bilang karagdagan, ang pinagmumulan ng init at sisidlan ng paglago para sa pagpapalaki ng mga kristal sa mababang temperatura ay mas madaling piliin.

2. Nabawasan ang lagkit. Ang ilang mga kristal ay napakalapot sa tunaw na estado at hindi maaaring bumuo ng mga kristal at nagiging malasalamin kapag sila ay pinalamig.

3. madali itong lumaki sa malalaking, pare-parehong kristal na may kumpletong hugis.

4. sa karamihan ng mga kaso, ang proseso ng paglaki ng kristal ay maaaring direktang maobserbahan, na nagpapadali sa pag-aaral ng mga kinetika ng paglago ng kristal. Ang mga disadvantage ng paraan ng solusyon ay ang maraming bahagi, ang pagiging kumplikado ng mga salik na nakakaapekto sa paglaki ng kristal, ang mabagal na rate ng paglago, at ang mahabang panahon (karaniwan ay tumatagal ng sampu-sampung araw o higit pa sa isang taon).

Bilang karagdagan, ang paraan ng solusyon ay nangangailangan ng mataas na katumpakan sa kontrol ng temperatura para sa paglaki ng kristal. Ang kinakailangang kondisyon para sa paglaki ng kristal sa pamamagitan ng paraan ng solusyon: ang konsentrasyon ng solusyon ay mas malaki kaysa sa konsentrasyon ng balanse sa temperaturang iyon, ibig sabihin, ang antas ng supersaturation. Ang puwersang nagtutulak ay ang antas ng supersaturation.

Paraan ng solusyon sa mataas na temperatura

Ang paraan ng solusyon sa mataas na temperatura ay isang mahalagang paraan para sa paglaki ng mga kristal at isa sa mga paraan na ginamit sa maagang alchemy. Ang mga lumalagong kristal mula sa isang solusyon o isang nilusaw na solvent ng asin sa mataas na temperatura ay nagbibigay-daan sa bahagi ng solute na lumago sa mga temperatura na mas mababa sa punto ng pagkatunaw nito. Ang pamamaraang ito ay may mga sumusunod na pakinabang sa iba pang mga pamamaraan:

1. malakas na applicability, hangga't maaari mong mahanap ang naaangkop na pagkilos ng bagay o kumbinasyon ng mga fluxes, maaari mong palaguin ang mga solong kristal.

2. maraming matigas ang ulo compounds at sa punto ng pagkatunaw ay napaka pabagu-bago ng isip o mataas na temperatura kapag ang pagbabago sa halaga o phase pagbabago ng mga materyales, pati na rin ang di-magkaparehong komposisyon ng tinunaw compounds, ay hindi maaaring direkta mula sa matunaw na lumago o hindi maaaring lumago isang kumpletong mataas na kalidad na solong kristal, paraan ng pagkilos ng bagay dahil sa paglago ng isang mababang temperatura, na nagpapakita ng Ang pamamaraan ng pagkilos ng bagay ay nagpapakita ng isang natatanging kakayahan dahil sa mababang temperatura ng paglago.

Mga disadvantages ng paghahanda ng kristal sa pamamagitan ng molten salt method:

mabagal na paglaki ng kristal; hindi madaling obserbahan; ang mga flux ay kadalasang nakakalason; maliit na sukat ng kristal; kapwa kontaminasyon sa pamamagitan ng multi-component fluxes.

Ang pamamaraang ito ay angkop para sa paghahanda ng mga sumusunod na materyales:

(1) mga materyales na may mataas na punto ng pagkatunaw;

(2) mga materyales na may phase transition sa mababang temperatura;

(3) mga bahagi na may mataas na presyon ng singaw sa mga bahagi. Pangunahing prinsipyo: Ang pamamaraan ng solusyon sa mataas na temperatura ay isang mala-kristal na materyal na natunaw sa isang angkop na pagkilos ng bagay sa ilalim ng mga kondisyon ng mataas na temperatura upang bumuo ng isang solusyon, at ang pangunahing prinsipyo nito ay kapareho ng paraan ng solusyon sa temperatura ng silid. Gayunpaman, ang pagpili ng pagkilos ng bagay at ang pagpapasiya ng relasyon ng phase ng solusyon ay isang paunang kinakailangan para sa paglaki ng mga kristal sa paraan ng solusyon sa mataas na temperatura.

Physical-chemical vapor phase method

Ang tinatawag na gas-phase na paraan para sa paglaki ng kristal ay upang i-convert ang kristal na materyal na lalago sa gas phase sa pamamagitan ng proseso ng sublimation, evaporation at decomposition, at pagkatapos ay gawin itong puspos na singaw sa pamamagitan ng naaangkop na mga kondisyon at lumago sa kristal sa pamamagitan ng condensation at pagkikristal. Ang mga katangian ng paglaki ng kristal sa pamamagitan ng pamamaraan ng gas phase ay:

1. mataas na kadalisayan ng mga lumaki na kristal;

2. magandang integridad ng lumaki na mga kristal;

3. mabagal na rate ng paglago ng mga kristal;

4. isang serye ng mga kadahilanan na mahirap kontrolin, tulad ng temperatura gradient, supersaturation ratio, daloy rate ng dala ng gas, atbp. Sa kasalukuyan, ang gas phase method ay pangunahing ginagamit para sa whisker growth at ang paglago ng epitaxial films (homogeneous at heterogenous epitaxy), habang ang paglaki ng malalaking sukat na bulk crystals ay may mga disadvantages nito.

Ang paraan ng vapor phase ay maaaring nahahati sa dalawang pangunahing uri: Pisikal

Vapor Deposition (PVD): ang pagbabago ng mga polycrystalline na materyales sa iisang kristal sa pamamagitan ng pisikal na pagsasama, gaya ng sublimation-condensation, molecular beam epitaxy at cathodic sputtering;

Chemical Vapor Deposition (CVD): Pagbabago ng mga polycrystalline na hilaw na materyales sa iisang kristal sa pamamagitan ng gas phase sa pamamagitan ng mga kemikal na proseso, tulad ng paraan ng transportasyon ng kemikal, paraan ng pagkabulok ng gas, paraan ng synthesis ng gas at pamamaraan ng MOCVD.