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坩堝下降長晶法

 

坩堝下降法 (Vertical Gradient Freeze method, VGF) 坩堝下降法,此方法與水平區熔法類似,主要是以移動坩堝的方式,使熔湯 內產生溫度梯度,進而開始生長晶體。坩堝下降法所使用的加熱器分為上下兩部 份,爐體內上方之加熱器溫度​​較高,下方溫度較低,利用加熱器產生的溫差造成 其溫度梯度產生,進而生長晶體。由於生長過程中,加熱器之溫度是不變的,其 晶體生長時之固液界面與加熱器之距離是固定的,此時必須使坩堝下降,使熔湯 經過固液界面,利用坩堝下降之方式,使其熔湯正常凝固形成單晶。其生長原理 如圖所示。 坩堝下降法的特點如下:
1) 晶體的形狀可以隨坩堝的形狀而定,適合異型晶體的生長;

2) 可加籽晶定向生長單晶,也可以自然成核,依據幾何淘汰的原理生長單晶;

3) 可採用全封閉或半封閉的坩堝進行生長。防止熔體、摻質的揮發,造成
組分偏離和摻雜濃度下降,並且可以有害物質對周圍環境的污染;

4) 適合大尺寸、多數量晶體的生長。一爐可以同時生長幾根或幾十根不同
規格尺寸的晶體;

5) 操作工藝比較簡單,易於實現程序化,自動化。坩堝下降法的主要缺點如下:

a) 晶體生長全過程都在坩堝內進行,不便於直接觀察晶體的生長情況。但
生長熔點較低的有機晶體例外,可以採用便於觀察的玻璃管爐或玻璃坩堝
b)不同種類的晶體對坩堝材料的物理、化學性能有特定的要求。特別是坩堝與結晶材料的熱膨脹係數的匹配要合適,不適於生長晶體時體積膨脹的晶體材料。

c)晶體在坩堝內結晶過程中易產生坩堝對晶體的壓應力和寄生成核,所以 對坩堝的內表面光潔度有較高的要求。

d)坩堝下降法生長晶體時,坩堝在下降過程中一般不旋轉,因此生長出來 的晶體均勻性往往不如提拉法生長出來的晶體好

藍寶石長晶

坩堝下降法之原理示意圖,左熔體較多,晶體較少;右熔體較少,晶體較多

 

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