《材料合成與制備方法》期末復(fù)習(xí)第一章、單晶材料的制備1.簡述固一固生長法的優(yōu)缺點：答：主要優(yōu)點在于1）可以在不添加組分的狀況下較低溫進行生長，即在熔點以下的溫度下生長。2）生長晶體的外形是事先固定的，所以絲、片等外形的晶體簡單生長出來。3）取向經(jīng)常簡單得到掌握。4）雜質(zhì)和其它添加組分的分布在生長前被固定下來，并且不被生長過程所轉(zhuǎn)變。缺點：難以掌握成核以形成大晶體。.試推導(dǎo)液固生長系統(tǒng)的相變驅(qū)動力。解：設(shè)晶體流體的界面面積為A,垂直于界面的位移為AX,系統(tǒng)的吉布斯自由能的降低為AG,界面上單位面積的驅(qū)動力為f;驅(qū)動力做功：f?A?AX二一AGf="G-A-AX="G-AV生長驅(qū)動力在數(shù)值上等于生長單位體積的晶體所引起的系統(tǒng)吉布斯自由能的變化，負號表示界面對流體中位移引起系統(tǒng)自由能降而密度:P=m/AV=VM/AVl/AV=p/VM.?.f=-AG/AV=-(p/M)?(AG/V)=-(p/M).Ap設(shè)Imol晶體有N個原子，1個原子由流體相轉(zhuǎn)變?yōu)榫w相時所引起的系統(tǒng)吉布斯自由能的降低為Ag/.△|i=NAg/.f=-(pN/M)Agoc-Ag由于Ag與f成比例關(guān)系，因而Ag也稱為相變驅(qū)動力，它表示單個原子或分子由流體相轉(zhuǎn)變?yōu)榫w相時所引起的系統(tǒng)吉布斯自由能的降低量。.簡述水熱生長法的概念及水熱法生長單晶的工藝流程。答：1)水熱生長法：在高溫高壓下的過飽和和水溶液中結(jié)晶方法2)工藝流程：選擇反應(yīng)物和反應(yīng)介質(zhì)-確定物料配方一優(yōu)化配料挨次—裝釜、封釜一確定反應(yīng)溫度、壓力、時間等試驗條件一冷卻、開釜~液、固分別T物相分析。.試說明布里奇曼一斯托克定向凝固法（B-S法）生長單晶的基本思想。答：B—S法的構(gòu)思是在一個溫度梯度場內(nèi)生長單晶，在單一固一一液界面上成核。待結(jié)晶的材料通常放在一個圓柱形的增煙內(nèi)，出期可垂直或水平放置，使用煙下降通過一個溫度梯度，或使加熱器沿用期提升。第二章、非晶態(tài)材料的制備.試說明非晶態(tài)的概念與特性答：1）概念：非晶體物質(zhì)是介于晶體和液體之間有序度的一種聚集態(tài)，其在小于幾個原子間距的小區(qū)間內(nèi)（1~1.5nm）,仍舊保持形貌和組分的某些有序特征而具有短程有序但長程無序的特別物質(zhì)狀態(tài)。2）特性：a.高強度、高韌性b.抗腐蝕性c.軟磁特性d.超導(dǎo)電性e.光學(xué)性質(zhì)：光汲取、光電導(dǎo)、光致放射f.其它性質(zhì)：室溫電阻率高，負的電阻溫度系數(shù)。.試說明常見非晶態(tài)的分類答：1）非晶態(tài)合金2）非晶態(tài)半導(dǎo)體材料-3）非晶態(tài)超導(dǎo)體4）非晶態(tài)高分子材料5）非晶態(tài)玻璃.試說明非晶態(tài)材料的形成條件和結(jié)構(gòu)模型答：1）形成條件：A.晶核形成的熱力學(xué)勢壘AG*要大，液體中不存在成核雜質(zhì)B.結(jié)晶的動力學(xué)勢壘要大，物質(zhì)在心或液相溫度處的粘度要大C.在粘度與溫度關(guān)系相像的條件下，心或液相溫度要低D.原子要實現(xiàn)較大的重新安排，達到共晶點四周的組成。2）結(jié)構(gòu)模型A.微晶模型：基本思想是：大多數(shù)原子與其最近鄰原子的相對位置與晶體情形完全相同，這些原子組成一納米至幾十納米的晶粒，長程有序性消逝主要是由于這些微晶取向散亂、無規(guī)的緣由。B.拓撲無序模型：主要的有無序密積累硬球模型和隨機網(wǎng)絡(luò)模型。認為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的主要特征是原子排列的混亂和隨機性。.試說明非晶態(tài)材料的制備原理答：最根本的條件是要有足夠快的冷卻速率，并冷卻到材料的再結(jié)晶溫度一下。其技術(shù)關(guān)鍵：①.必需形成原子或分子混亂排列的狀態(tài)；②.將這種熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)在肯定的溫度范圍內(nèi)保存下來，并使之不向晶態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變。.常見非晶態(tài)材料的制備技術(shù)答：急冷噴鑄技術(shù)、自由噴紡技術(shù)、真空蒸發(fā)技術(shù)、輝光放電技術(shù)、濺射技術(shù)、化學(xué)氣相沉積技術(shù)、液體急冷技術(shù)。第三章、薄膜的制備.試比較電阻加熱與電子束加熱兩種方法的技術(shù)特點。答:電阻加熱法是將薄片或線狀的高熔點金屬，如鴿、鋁、鈦等做成適當(dāng)外形的蒸發(fā)源，裝上蒸鍍材料，讓電流通過蒸發(fā)源加熱蒸鍍材料，使其蒸發(fā)。電子束加熱法中，把被加熱的物質(zhì)放置在水冷增煙中，電子束只轟擊其中很小的一部分，而其余部分在用?煙的冷卻作用下處于很低的溫度。因此，電子束加熱蒸發(fā)沉積可以做到避開培煙材料行染。同電阻加熱法相比電子束加熱法具有以下優(yōu)點：A.可直接對蒸發(fā)材料加熱B.避開材料與容器反應(yīng)和容器材料蒸發(fā)C.可蒸發(fā)高熔點材料.什么叫三溫度法/四溫度法？答：三溫度法從原理上講就是雙蒸發(fā)源蒸鍍法，但是同時必需掌握基片和兩個蒸發(fā)源的溫度，所以也稱三溫度法。四溫度法實際上是改進型的三溫度法，當(dāng)制備三元混晶半導(dǎo)體化合物薄膜時，再加一蒸發(fā)源，就形成了四溫度法。.什么叫濺射？影響濺射率的主要因素？答：1）濺射是指荷能粒子（如正離子）轟擊靶材，使靶材表面原子或原子團逸出的現(xiàn)象。逸出的原子在工件表面形成與靶材表面成分相同的薄膜。這種制備薄膜的方法稱為濺射成膜。2）影響濺射率的主要因素有入射粒子能量、入射角度、靶材及表面晶體結(jié)構(gòu)還有正離子種類。其中入射離子能量起打算性的作用。.濺射類型答：①.直流濺射②.高頻濺射③.磁控濺射④.反應(yīng)濺射⑤.離子鍍.化學(xué)氣相沉積CVD的反應(yīng)原理：答：CVD是一種材料表面改性技術(shù)，是建立在化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)上的，要制備特定性能材料首先要選定一個合理的沉積反應(yīng)，用于CVD技術(shù)的通常有如下所述五種反應(yīng)類型：①.熱分解反應(yīng)；②.氫還原反應(yīng)；③.氧化反應(yīng)；④.化學(xué)合成反應(yīng)；⑤.物理激勵反應(yīng)：等離子激勵、光激勵、激光激勵。.說明影響CVD的參數(shù)答：CVD中影響薄膜質(zhì)量的主要工藝參數(shù)有反應(yīng)氣體成分；反應(yīng)體系成分、氣體的組成、壓力、溫度。其中溫度是最重要的影響參數(shù)。.說明什么叫分子束外延（MBE）以及激光分子束外延（L—MBE）的機理。答：分子束外延（MBE）是一種在晶體基片上生長高質(zhì)量的晶體薄膜的新技術(shù)。在超高真空條件下，由裝有各種所需組分的爐子加熱而產(chǎn)生的蒸氣，經(jīng)小孔準(zhǔn)直后形成的分子束或原子束