單晶合成和制備技術(shù)Ⅱ

1、單晶合成和制備技術(shù)2012-11-12單晶薄膜生長 基體選擇：可形成大單晶，與外延膜晶格失配小，生長溫度下不分解，不受反應(yīng)氣氛腐蝕，熱膨脹系數(shù)與外延膜相近，抗熱沖擊，有與外延膜平行的解離面。 生長過程：臨界晶核形成，原子島形成，島島接合 結(jié)構(gòu)缺陷：點缺陷、位錯，層錯 界面特點：與襯底的晶格匹配，相互原子擴(kuò)散 表面特點：表面態(tài)、懸掛鍵、外來原子吸附幾種重要的晶體 LiNbO3單晶體 藍(lán)寶石及GaN單晶體 GaAs單晶體 PZT晶體薄膜及PLT晶體薄膜 KTP單晶體（KTiOPO4, KTiOAsxP1-xO4)LiNbO3單晶相圖LiNbO3晶體結(jié)構(gòu)GaN薄膜 GaCl氣相外延：GaCl+NH3

2、=GaN+HCl+H2 MOVPE法(1000）：Ga(CH3)3+NH3=GaN常用襯底/基體 AlN: 晶格常數(shù)a=0.3080nm,c=0.5175, 熱膨脹系數(shù)=5.6010-6/K -Al2O3：a=0.4758,c=0.1249, =7.5010-6/K Si: a=0.54301, =3.5910-6/K SiC: a=0.436 MgO: a=0.4216, =10.5010-6/K ZnO:a=0.3552, c=0.5213, =2.8010-6/K GaN(屬于六方ZnS結(jié)構(gòu)): a=0.3189,c=0.5185, =5.3910-6/K GaN(屬于立方ZnS結(jié)構(gòu))：

3、a=0.452nmSapphire大硅單晶（2009-12）多晶硅原料 純度：可達(dá)9N N型P含量：=300歐姆厘米 P型B含量：=3000歐姆厘米） 金屬雜質(zhì)總量107 cm)比Si大。便于細(xì)微加工，也便于器件集成。2GaAs器件噪聲低、效率高、使用方便。電子遷移速率（電子遷移速率（Drift velocity）VGaAs5VSiGaAs主要應(yīng)用1 高速電子器件2 微波場效應(yīng)管FET3 發(fā)光二極管LED4 太陽能電池-族閃鋅礦晶型化合物GaAs及InP的半導(dǎo)體特性(300K)化合物 a Eg e 電子躍遷形式 GaAs 0.5653 1.428 8500 直接InP 0.5869 1.351

4、 6060 直接In0.53Ga0.47As 0.75 11000 直接 a=晶格常數(shù)(nm); Eg=禁帶寬度(ev); e=電子遷移率(cm2/V.s) Bridgman法GaAs制備技術(shù)3 助熔劑法制備摻Nd釔鋁石榴石 成分：Nd:Y3Al5O12 助熔劑：PbO+ PbF2+B2O3 配方(質(zhì)量百分比）：5.75%Y2O3 +5.53%Al2O3 + 1.16%Nd2O3 + 38.3%PbO + 46.7%PbF2 + 2.53%B2O3 結(jié)晶溫度：1220-1240KTP型晶體 性能：大的非線性光學(xué)系數(shù)和電光系數(shù)，寬透光波段，可實現(xiàn)相位匹配，高的激光損傷閥值，高的能量轉(zhuǎn)換效率，高熱

5、穩(wěn)定性 應(yīng)用：激光倍頻（摻Nd激光器腔內(nèi)外倍頻，以獲得綠光、紅光輸出）；摻Nd激光和頻以獲得藍(lán)色輸出；電光調(diào)制；Q開關(guān)；光波導(dǎo) 制備：助溶劑法，水熱法，助溶劑法KTP 1971年Masse-Grenier：K2CO3+ 2NH4H2PO4 +2TiO2=2KTiOPO4+CO2+3H2O+2NH3 1976年Zumsteg報道KxRb1-xTiOPO4具有非線性光學(xué)性能 1980年Gier: K2O-TiO2-P2O5 1986年Bell實驗室的Ballman: 4K2HPO4 + 2TiO2 + 3WO3=2KTiOPO4 +3K2WO4.P2O5 + 2H2O水熱法KTP 高壓釜：Pt或A

6、u襯里 原料：KTP或TiO2+K2HPO4 礦化劑：KF+H2O2 壓力：137MPa 溫度：溶解區(qū)380450C,生長區(qū)370-425C 籽晶：（011）或（001）取向KTPPb1-xLaxTiO3薄膜 Sol-gel法：醋酸鉛、醋酸鑭和鈦酸丁酯，甲醇為溶劑，乙醇為穩(wěn)定劑。將溶膠滴涂到基片上，先以900r/min低速均膠30s，再以3000r/min高速均膠30s。烘干。重復(fù)幾次，直到所需厚度。最后一定溫度下退火。晶體生長系統(tǒng)有限責(zé)任公司（CGS） 在德國阿斯拉的晶體生長系統(tǒng)有限責(zé)任公司（CGS）是PVA TePla集團(tuán)公司一個生產(chǎn)晶體生長設(shè)備的分部。其于1999年8月在德國哈瑙成立，是

7、從萊寶系統(tǒng)有限責(zé)任公司的晶體生長部獨立而來。數(shù)十年來，CGS一直致力于設(shè)計和生產(chǎn)用于生產(chǎn)硅晶體的晶體生長設(shè)備，由于其技術(shù)的領(lǐng)先性，CGS公司是該領(lǐng)域中最重要的公司之一。在丹麥Frederikssund的PVA TePla丹麥公司是從2004年五月開始PVA TePla集團(tuán)公司的另一個晶體生長系統(tǒng)分部。是從Haldor Topsoe A/S的原floatzone分部獨立而來。PVA TePla丹麥公司的Floatzone技術(shù)發(fā)展幾十年來，使用特別方法生長應(yīng)用于功率電子學(xué)的超純無氧硅水晶。 系統(tǒng)特點 1系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)無需多大變動即可應(yīng)用于半導(dǎo)體硅，太陽能硅或鍺的拉晶2 為下一代晶片開發(fā)發(fā)展基本工藝

8、過程3 高合金化的不銹鋼雙層壁爐和拋光的鏡面表面使清潔簡易4 簡單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)便于清洗和程序的設(shè)定5 爐與接收室之間有隔離閥，可在保持工藝溫度的熔融狀態(tài)下取出晶體6 高精度調(diào)節(jié)融池溫度7 晶體驅(qū)動單元采用軸或電纜，使用無需維護(hù)馬達(dá)和高精度速度控制單元直接驅(qū)動8 整個流程由可編程的邏輯控制器（PLC）和軟件控制用于采集與分析流程數(shù)據(jù)，包括流程數(shù)據(jù)的圖形在線顯示和與先前流程比較的選件9 可添加任意元件，如用于穩(wěn)定融池的磁鐵，加料單元或控制融池高度的設(shè)備 真空加壓燒結(jié)爐（真空加壓燒結(jié)爐（COD） COD熱等靜壓燒結(jié)爐結(jié)合了脫蠟，真空燒結(jié)和后續(xù)的高壓均勻致密化工藝，可在真空、反應(yīng)氣體和高至100巴的壓力

9、下對金屬、合金和陶瓷進(jìn)行處理。 加熱體用石墨制造，由于采用了加熱區(qū)分別控制，進(jìn)氣預(yù)熱，隔熱筒高效設(shè)計和非常精確的測量和控制系統(tǒng)，可以在爐子可用空間里獲得最佳的溫度均勻性。隔熱筒的特殊設(shè)計使得其與傳統(tǒng)設(shè)計相比，具有相當(dāng)長的使用壽命和低的熱損失。 微處理器控制的程序順序可確保工藝的全自動化和可再現(xiàn)性，以及穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量。操作和相關(guān)數(shù)據(jù)的電腦處理可以滿足高可靠質(zhì)量的要求。 真空感應(yīng)加熱熔煉和澆鑄系統(tǒng)真空感應(yīng)加熱熔煉和澆鑄系統(tǒng)（VSG） VSG系統(tǒng)通用于金屬、合金或特殊材料，在高真空、中真空或不同的氣氛下，于陶瓷或石墨坩鍋里的熔化，然后澆鑄到模具里，進(jìn)行實驗成型或生產(chǎn)成型。 熔化熔化 再熔煉和合金化；

10、脫氣和精煉；均質(zhì)化熔煉；回收再生； 澆鑄澆鑄 精密鑄造；定向結(jié)晶；單晶生長； 材料材料 貴金屬； 高純度，高合金鋼；鐵、鎳、鈷基耐高溫材料；有色金屬；太陽能硅晶體和特殊材料； 特殊或超級合金； VSG介紹 VSG系統(tǒng)是耐腐蝕不銹鋼雙層水冷結(jié)構(gòu)的冷壁爐。其熔煉和澆鑄裝置由帶有同軸電源和冷卻電極的可傾斜的線圈和模具臺組成。 使用的坩鍋的材料應(yīng)與要熔煉的材料相匹配。 如果要熔煉的材料是與碳不發(fā)生反應(yīng)的，則可以使用石墨坩鍋或粘土石墨坩鍋。只要熔煉的材料與坩鍋材料不發(fā)生反應(yīng)，也可以使用高熔點金屬制成的坩鍋，這種情況下，坩鍋可以作為感應(yīng)電源的次級線圈。電源是通過靜態(tài)中頻變換系統(tǒng)供應(yīng)的。 VSG系列組成 兩部分：真空感應(yīng)加熱熔煉和澆鑄系統(tǒng) 爐體，真空泵組，電源和控制系統(tǒng)，熔煉和澆鑄設(shè)備，以及進(jìn)行熔煉操作的真空鎖。這些模塊可以根據(jù)不同的組合版本提供，并可提供大量可選的附加裝置。 特點和優(yōu)點特點特點具有高應(yīng)用靈活性、適于模塊化擴(kuò)充或以后的補(bǔ)充變化的模塊化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)； 合金化，取樣或其它在真空中的熔煉操作可以通過真空鎖系統(tǒng)進(jìn)行； 適用于錠鐵，模具和精密鑄造； 可以滿功率傾斜坩鍋；