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布里奇曼-史托巴格法

2018-07-20 15:54:17    
垂直式布里奇曼法示意图
如果想用布里奇曼法长单晶就要在炉管一端加单晶当作晶种

布里奇曼-史托巴格法晶体成长技术以哈佛物理学家珀西·布里奇曼与麻省理工学院物理学家唐纳·史托巴格(Donald C. Stockbarger, 1895-1952)为名。这种技术囊括两种大同而小异的方法进行人造胚晶1(单晶晶锭)的晶体成长,但也可以凝固出多晶晶锭。

布里奇曼-史托巴格法牵涉到加热多晶材料工件至其熔点以上的温度,然后再从工件容器有晶种的一端缓慢地开始进行冷却。今若欲将一块多晶工件成长成单晶晶锭,则需要先找一颗单晶来担任晶种,使其与工件之冷凝端相接,俟炉料经熔融凝固后,在冷却炉段凝固新生的晶体沿坩锅容器的长边逐渐生成,且将与晶种有相同之结晶取向2。该过程可以在水平或垂直方向上进行,且常涉及旋转坩埚或安瓿来搅拌熔融液。3

布里奇曼法虽然是20世纪初开发出来,算较老式的晶体成长方法,可是在长某些特定半导体晶体的时候还是很好用,尤其是那些柴氏拉晶法很难长的晶体,譬如说发光二极管要用的砷化镓。用布里奇曼法来长单晶虽然颇为可靠,但是长出来的东西往往有性质、杂质不均匀的问题。3

布里奇曼法4跟史托巴格法5的差异相当细微。两种方法皆仰赖温度梯度与移动的坩锅,不过布里奇曼法利用炉口相对不易控制的温度梯度;而史托巴格法则在加热炉段跟冷却炉段中间还加了一片隔板,把两炉段不同温度分开。一般认为史托巴格的改良,对于熔融的固液界面的温度梯度控制较好。

当上述装置没有加晶种时,各种棒状、块状、甚至不规则状的晶体进料都可以在熔融又凝固后产生多晶晶锭。这些多晶晶锭的显微组织会出现成列的晶粒,类似金属或合金在方向性凝固英语Directional solidification6后会有的显微组织。

参见

  • 柴可拉斯基法
  • 浮带硅
  • 微下拉晶体成长法
  • 激光加热平台成长

参考文献

  1. ^ http://terms.naer.edu.tw/detail/657923/?index=5
  2. ^ http://terms.naer.edu.tw/detail/655405/?index=1
  3. ^ 3.0 3.1 Hans J. Scheel; Peter Capper; Peter Rudolph. Crystal Growth Technology: Semiconductors and Dielectrics. John Wiley & Sons. 25 October 2010: 177–178. ISBN 978-3-527-32593-1. 
  4. ^ Bridgman, Percy W. Certain Physical Properties of Single Crystals of Tungsten, Antimony, Bismuth, Tellurium, Cadmium, Zinc, and Tin. Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences. 1925, 60 (6): 305–383. . JSTOR 25130058 .. doi:10.2307/25130058. 
  5. ^ Stockbarger, Donald C. The Production of Large Single Crystals of Lithium Fluoride. Review of Scientific Instruments. 1936, 7 (3): 133–136. Bibcode:1936RScI....7..133S. doi:10.1063/1.1752094. 
  6. ^ http://terms.naer.edu.tw/detail/606197/?index=1

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