晶体生长科学与技术节课PPT教案.pptx

《晶体生长科学与技术》课程主要探讨了晶体生长过程中关键因素对温场的影响，特别是坩埚中液面位置和辐射屏的应用。晶体生长是材料科学中的一个重要领域，它涉及到半导体、光学材料等领域的重要元件制造。 坩埚中液面的位置直接影响到晶体柱面和熔体表面的发射效率。当坩埚裸露深度hc增大时，晶体柱面的发射效率ηs显著降低，这意味着热量更难以从晶体表面散发出去。同时，熔体液面上的发射效率ηl也会降低，这会改变熔体内部的温度分布。例如，当hc达到3厘米时，靠近固-液界面2厘米内的晶体柱面几乎无法通过辐射散热。而当hc增加到4厘米时，这一区域甚至会出现负的ηs，表示辐射入晶体的热量超过了从晶体散发出去的热量，这对晶体的温度场产生了强烈的负面影响。 此外，坩埚裸露深度的变化还会改变晶体内部的温度梯度。随着hc的增加，晶体中心的温度上升，而温度梯度下降。研究发现，对于Ge晶体，这个影响范围大约在8毫米以上，而对于Si晶体则在12至15毫米。这种现象减少了轴向温度梯度，影响了晶体的质量和性能。 辐射屏的使用在一定程度上抵消了坩埚裸露带来的影响。辐射屏可以降低晶体柱面和熔体表面的发射效率，减小温度梯度，从而减少热弹性应力和位错的产生。通过对比有无辐射屏或使用不同设计的辐射屏，可以看到等温面形态的变化，这反映了环境对晶体的加热或冷却效果。辐射屏的存在明显降低了热弹性应力，减少了位错密度，提高了晶体的质量。 晶体生长过程中的热容量（C）和直径惯性（C*）也是控制晶体质量的重要参数。热容量C决定了温度起伏对温度影响的敏感程度，越大则温度稳定性越好。直径惯性C*则描述了直径变化与温度变化之间的关系，C*大意味着直径变化更不易受到温度波动的影响。在不同生长阶段，对C*的需求不同，如等径生长阶段希望C*大以保持稳定直径，而在收尾阶段则希望C*适中以灵活调整直径。 总结来说，《晶体生长科学与技术》课程深入讲解了晶体生长过程中热环境的调控，包括坩埚液面位置、辐射屏应用以及热容量和直径惯性的影响，这些知识点对于理解和优化晶体生长工艺至关重要。通过精确控制这些参数，可以有效地提高晶体的质量和性能，满足不同应用领域的需求。