29參考書：姚連增，晶體生長根底，科技大學(xué)出版社，1995張克從，非線性光學(xué)晶體材料科學(xué)〔第六輯張克從，晶體生長科學(xué)與技術(shù)〔上下冊1997晶體生長與晶體材料序言進(jìn)展兩大問題〔能源，材料，材料：單晶，多晶，非晶。為什么結(jié)晶：氣態(tài)—液態(tài)—固態(tài)，能量漸低。固態(tài)：晶體和非晶體，T時(shí)原子能量分布---晶內(nèi)原子表現(xiàn)為集中。功能材料中-----晶體材料有重要位置 由于一系列貴重物理性能照實(shí)現(xiàn)電，磁，力，光，聲，和熱的交互作用和轉(zhuǎn)換。晶體分類：激光晶體固體激光器---已廣泛應(yīng)用 其核心是激光晶體。種類越來越多，從最早的紅寶石〔Al2O3:Cr〕到目前流行的摻釹釔鋁石榴石〔YAG:Nd〕激光器------350多種基質(zhì)晶體----20多種激活離子-----70多躍遷波段實(shí)現(xiàn)受激放射。非線性光學(xué)晶體某些晶體受到強(qiáng)電磁場作用時(shí)產(chǎn)生非線性極化所引起。電光晶體光通過某些加有外場的晶體時(shí)產(chǎn)生如偏轉(zhuǎn)強(qiáng)度變化偏振面旋轉(zhuǎn)等到達(dá)把握光傳播的目的 訊，光開關(guān)，顯示，光存儲，光雷達(dá)，光計(jì)算機(jī)等---由于外場的變化影響了與晶體折射率有關(guān)的量。加電場----產(chǎn)生折射率變化 電光晶體。聲光晶體聲波通過聲光晶體----壓縮膨脹區(qū)---折射率周期性變化 折射率光柵光通過時(shí)發(fā)生 聲光作用。用途：聲光偏轉(zhuǎn)器---激光束掃描，激光雷達(dá)，光計(jì)算機(jī)等。聲光調(diào)制器 光通訊，光信息處理等。磁光晶體效應(yīng)?？捎糜诩す饪焖匍_關(guān)，調(diào)制器，磁光存儲器等。熱釋電晶體晶體構(gòu)造非對稱，溫度變化引起正負(fù)電荷重心相對位移—轉(zhuǎn)變自發(fā)極化狀態(tài)7.壓電晶體壓縮或拉伸使晶體極化，導(dǎo)致晶體外表荷電。極多的應(yīng)用。閃耀晶體高能粒子通過晶體---激發(fā) 產(chǎn)生熒光脈沖。半導(dǎo)體晶體具特別導(dǎo)電性能。電阻介于導(dǎo)體和絕緣體之間的晶體。薄膜晶體一般指單晶薄膜，一般厚度1um或以下。．X射線分光晶體x射線的衍射選出所需的波長。光學(xué)晶體用于制作光學(xué)元件，或用于光學(xué)儀器上的晶態(tài)光學(xué)材料。晶體學(xué)內(nèi)容及內(nèi)部關(guān)系：飽和與過飽和溶解度 最根本的生長參數(shù)。體積摩爾濃度〔mol/L〕,重量摩爾濃度〔mol/kg〕,重量百分?jǐn)?shù)〔g/kg〕,摩爾份數(shù)〔mol/mol〕溶解度的表示〔溫度，壓力等，且平衡〕下飽和溶液的濃度。mol/L,mol/kg,g/kg,mol/mol.過飽和溶液：溶液中的溶質(zhì)量超過飽和值溶解度曲線----溫度和濃度的關(guān)系，把整個(gè)溶液區(qū)分為2個(gè)局部，分開它們的即飽和曲線?！捕嗵帯抽L成多晶體便長大〔單晶生長區(qū)〕不形核，不長大〔溶解〕恒溫蒸發(fā)法降溫法〔外來的或有意引入的在不穩(wěn)過飽和區(qū)，即使沒有形核中心，也會自發(fā)形核從而有晶體從溶液中析出?！沧丫线M(jìn)展。。前者即保持濃度不變，通過降溫使飽和〔降溫法，后者是保持溫度不變，提高溶液濃度使溶液過飽和，即讓溶液蒸發(fā)使過飽和〔恒溫蒸發(fā)法。要依據(jù)溶解度曲線的外形來選擇用那種方法。W質(zhì)在溶劑中溶解的變化量?！鱐為溫度的變化量。K可正可負(fù)。對溶液的要求：1)溶解度為10%-60%，2)適宜的正溶解度溫度系數(shù)，3)高純度和高穩(wěn)定性，4)低揮發(fā)且黏度和毒性小。常用溶劑：熔點(diǎn)℃沸點(diǎn)℃比重水01001.0乙醇-117.378.50.789丙酮-95110.60.87苯……5.580.10.879相像相溶，具體作試驗(yàn)或依據(jù)前人閱歷。降溫法斷結(jié)晶在籽晶上。其裝置示意圖如下：控溫精度0.001度，正轉(zhuǎn)-停-反轉(zhuǎn)-停-正轉(zhuǎn)…,一般每天生長毫米級。1-無宏觀缺陷-再慢-少或無微觀缺陷。飽和態(tài)。恒溫蒸發(fā)法系數(shù)小的物質(zhì)。定----晶體應(yīng)力很小。但很難準(zhǔn)確把握蒸發(fā)量---難長出大塊單晶體。底部加熱器2.晶體3.冷凝器4.冷卻水5.虹吸管6.量筒7.接觸把握器8.溫度計(jì)9.水封思考題：怎樣自己動(dòng)手長出NaCl單晶？1〕NaCl、純水。2〕100℃飽和適當(dāng)降溫〔如降到98℃〕將上部溶液倒入另一干凈燒杯5〕100℃6〕緩慢降溫〔越慢越好〕到室溫。就會覺察假設(shè)干個(gè)單晶顆粒循環(huán)流淌法CAC,A中原料溶解至近飽和，B槽過熱〔使全部微晶溶解，打入C槽——亞穩(wěn)過飽和—析出在籽晶—〔泵用于強(qiáng)迫循環(huán)〕該法適于培育大尺寸的單晶。從以前的大晶體上切下，2〕單獨(dú)制作籽晶籽晶的方向：生長慢的方向應(yīng)具有較大尺寸。。下晶及生長：冷到略高于飽和溫度下晶，在緩慢降溫使晶體長大。對不易于長入晶體的雜質(zhì)，可通過屢次結(jié)晶來提純。溫差水熱法利用溫度差使溶液過飽和。溫常壓下不易溶解的晶體。低溫長晶區(qū)礦化劑溶液高溫溶解區(qū)溶液中一般含有礦化劑。如生長α-SiO2ZnO,NaOH作為礦化劑。從熔體中生長晶體1〕2〕緩慢伸入籽晶〔籽晶回溶3〕熔點(diǎn)，籽晶長大〔△T〕越大，生長速度越快〔越粗，4〕慢速提拉并旋轉(zhuǎn)單晶〔提拉越慢，晶體越粗。開頭生長后，要經(jīng)受放肩、等徑生長、拉斷、緩慢降溫幾個(gè)階段。特點(diǎn)：無坩堝，污染小，得到大晶粒多晶。相析出。，從而污染小。是將多晶棒轉(zhuǎn)化為單晶棒的方法。11．3Si層。襯底類型和溫度打算得到單晶、多晶還是非晶。1．4薄膜制備技術(shù)襯底為非晶或多晶：襯底為非晶或多晶：低溫得到非晶薄膜高溫得到多晶薄膜襯底為單晶：低溫得到非晶薄膜高溫得到單晶薄膜 陰極屏蔽的作用：只使面對襯底側(cè)被轟擊。屏蔽原理：陰極屏蔽的作用：只使面對襯底側(cè)被轟擊。屏蔽原理：距離小于分子自由程時(shí)無法雪崩擊穿，故不導(dǎo)電。步驟：10-4Pa-充Ar(1-10Pa)-電壓數(shù)千伏使輝光放電。直流高壓只能鍍金屬薄膜溝通高壓也可鍍介質(zhì)膜-正離子增加，轟擊襯底增加，效率提高。磁場越強(qiáng)，弓高越低。2〔降到略高于飽和溫度，3〕傾斜漂移晶體，4〕慢降溫外延，5〕外延完成后反傾。2〕2〕3〕固-固轉(zhuǎn)變利用退火消退應(yīng)變的再結(jié)晶大局部利用應(yīng)變退火的晶體生長是金屬的生長。4502小時(shí)，151毫米的單晶鋁絲。640攝氏度退火〔2毫米大小的晶粒和猛烈織鉤。1米長的單晶體。利用燒結(jié)生長取向效應(yīng)和晶體維度效應(yīng)。Zn都被生長到相當(dāng)大的晶粒尺寸。利用燒結(jié)使晶粒長大一般在非金屬中較為有效。利用同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變生長麥基恩(McKeehan1927)等依據(jù)能發(fā)生γ→α過鐵絲制備了α—Fe的單晶。高壓多形性轉(zhuǎn)變高壓多形性轉(zhuǎn)變進(jìn)展得很快，并以不行把握的方式發(fā)生。高壓設(shè)備笨重，難于實(shí)現(xiàn)可控成核。一般承受粉末樣品。10000大氣壓下是穩(wěn)定的。但是，低溫下的轉(zhuǎn)變速率格外慢，以致沒有實(shí)際意義。金剛石-石墨相圖利用退玻璃化的晶體生長〔非晶→晶體：慢速可長出塊晶體〕微重力下的晶體生長晶體生長過程的對流效應(yīng)(包括自然對流和強(qiáng)迫對流)具有轉(zhuǎn)變溫場分布、增響晶體中的溶質(zhì)分布，可能在晶體中造成很多缺陷。在實(shí)際生長過程中．我們可以消退強(qiáng)迫對流(不進(jìn)展攪拌)，但是溶液中存在溫度梯度和濃度梯度，它們在重力場中所致的自然對流是無法消退的?？臻g試驗(yàn)室為在無重力場(或微重力場)下生長晶體供給了良好的試驗(yàn)條件。有這些條件的存在、就簡潔制備出地球上很難得到的晶體。相圖及其應(yīng)用 相圖的測量 輸運(yùn)相界面外形與熱流的關(guān)系2.42.42.5熱流打算晶體中的溫度分布以及固液界面的外形晶體中的溫度場將打算晶體中的熱應(yīng)力，晶體中的位錯(cuò)分布，甚至導(dǎo)致晶體的開裂。2.6速度場溫度場2.7假定溫度場為穩(wěn)態(tài)溫度場時(shí)穩(wěn)速生長。2.82.9Ko的數(shù)值只打算于Ko的數(shù)值只打算于溶質(zhì)保守系統(tǒng)中的濃度場統(tǒng)稱為溶質(zhì)保守系統(tǒng)，如提拉法、下降法等。準(zhǔn)靜態(tài)生長過程所謂準(zhǔn)靜態(tài)生長過程、是指生長速率格外緩慢的過程，溶質(zhì)在固液界面處溶液中的濃度是與晶體生長速率,溶液的對流狀況有關(guān)的。界面上溶質(zhì)守恒，dz’薄層內(nèi)因凝固而排出的溶質(zhì)總量應(yīng)等于溶液中溶質(zhì)的增加。溶質(zhì)的集中效應(yīng)終完全均勻．也不像只有集中傳輸那樣偏聚，實(shí)際生長過程是介于兩者之間。q1，則有q1=[CL(0)-CS]VV為晶體生長速q2,則有濃度梯度的增加，q2q1＝q2，此時(shí)穩(wěn)態(tài)濃度場建立示意圖到達(dá)穩(wěn)態(tài)后溶液中溶質(zhì)濃度的分布示意圖料中初始的平均濃度相等，這是一條重要結(jié)論。晶體中溶質(zhì)分布曲線用大坩堝生長小晶體,有利于獲得較大的溶質(zhì)分布均勻區(qū).不到如曲線(a)所示的分布；另外溶液中不行能只存在集中，由于對流(自然對流和強(qiáng)迫對流)總要存在,故也得不到曲線(b)所示的分布。實(shí)際生長過程晶體溶質(zhì)分布曲線介于曲線(a)和曲線(b)之間。對流效應(yīng)對溶質(zhì)分凝的影響流體不僅攜帶熱量,而且也攜帶溶質(zhì),故必定影響流體中溶質(zhì)分布,從而影響晶體中溶質(zhì)分布。對流(待別是強(qiáng)迫對流)對溶質(zhì)濃度場的影響可歸結(jié)為對溶質(zhì)邊界層厚度的影響。溶質(zhì)非保守系統(tǒng)中的濃度場溶質(zhì)非保守系統(tǒng)是指在整個(gè)晶體生長過程中，晶體,熔體系統(tǒng)中溶質(zhì)總量是座法等。區(qū)域熔化理論雜質(zhì)移除:可用一個(gè)或幾個(gè)熔區(qū)在同一方向上重復(fù)通過原料棒錠，從而使雜質(zhì)移至料棒一端。雜質(zhì)的均勻化:使熔區(qū)在正、反兩個(gè)方向上反復(fù)通過。承受這種方法可以有效地消退分凝效應(yīng)。以便供給清潔的生長外表。然后熔區(qū)向右方移動(dòng).熔體不要與料舟過于浸潤，使或軟的料舟來抑制這些國難。區(qū)域熔化中的溶質(zhì)分布被熔化材料的原始濃度.當(dāng)熔區(qū)開頭前進(jìn)時(shí),它在x＝0處凝固的固溶體中的熔0

f＝lC的材料。這樣一來，熔區(qū)內(nèi)L離開熔區(qū)的溶質(zhì)是相等的，凝固出的固溶體中熔質(zhì)濃度恒為C

。當(dāng)熔區(qū)到達(dá)料L棒尾部，加熱器再進(jìn)一步移動(dòng)．熔區(qū)長度就要減?。蛞褵o原科連續(xù)熔入．故熔區(qū)內(nèi)的熔質(zhì)濃度要上升，固溶體中的熔質(zhì)濃度固然也隨之而上升了。計(jì)算的單次區(qū)域熔化后溶質(zhì)濃度分布示意圖區(qū)域熔化不同次數(shù)后溶質(zhì)濃度分布的變化2.10界面穩(wěn)定性體。檢驗(yàn)穩(wěn)定性的“干擾技術(shù)”還是縮小。凸起長大，界面不穩(wěn)定，反之．界面則是穩(wěn)定的。微小干擾來自于溫度起伏或成分起伏,該微小干擾總是存在的.界面溫度與界面濃度只有當(dāng)界面上的溶質(zhì)濃度和界面曲率處處相等時(shí),才可認(rèn)為固液界面就是關(guān)(臺布斯-湯姆遜效應(yīng)).溶質(zhì)濃度不同則凝固溫度不同(見相圖).曲率不同,則凝固溫度也不同(外表能不同).熔體溫度梯度對界面穩(wěn)定性的影響界面穩(wěn)定 界面不穩(wěn)定 小范圍不穩(wěn)定溶質(zhì)濃度分布對界面穩(wěn)定性的影響作用。組分過冷的臨界條件假設(shè)提高固液界面處熔體的溫度銻度．即增加溫度分布曲線的斜率,使之與凝固點(diǎn)曲線在界面處相切中虛線所示體的實(shí)際溫度高于其凝固點(diǎn)，就不會消滅組分過冷了.于是,溫度分布曲線與凝固點(diǎn)曲線相切就是不消滅組分過冷的臨界條件。工藝參數(shù)的影響越大,和溶質(zhì)邊界層厚度越小(晶體轉(zhuǎn)速越高或生長速率越慢)，就越簡潔避開組分過冷.組分過冷形態(tài)學(xué)(凸緣)的界而就叫作胞狀界面.胞狀界面幾何形態(tài)打算于干擾所產(chǎn)生的凸緣的初始分布,同時(shí)也和晶體生的。a) b) c)胞狀界面形成過程狀組織——云層。a)固溶體形態(tài) b)成分過冷區(qū)G對固溶體生長形態(tài)的影響相變驅(qū)動(dòng)力相變驅(qū)動(dòng)力的大小打算相變速度的快慢。A，在驅(qū)動(dòng)力的作用下向流體中推動(dòng)了△x的垂直距離，這一過程使系統(tǒng)吉布斯自由能降低了△G.假設(shè)假定界面上單位面積上所受f，則上述過程驅(qū)動(dòng)力做的功為:驅(qū)動(dòng)力所做的功就等于系統(tǒng)吉布斯自由能的降低．即:式中負(fù)號表示吉布斯自由能的削減。于是有:ρ,M,n，則上式可寫成:μ是生成—摩爾晶體在系統(tǒng)中引起的吉布斯自由能的降低。生長驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系。晶體生長的基元過程(2)體積集中通過邊界層；(3)吸附到晶體外表上；(4)沿晶體外表集中至臺階處，(5)附著在臺階上；(6)沿臺階向投折處集中；(7)被吸附在扭折處并長入晶體.上述7個(gè)過程中．第(1)(2)兩個(gè)過程屬于輸運(yùn)理論和邊界層理論的范疇．而從第(3)到第(7)則全部屬于界面動(dòng)力學(xué)范疇。鄰位面生長平衡外形為球形.而對晶體、所顯露出來曲面應(yīng)盡可能是界面能較低的晶面,往往得到規(guī)章的外形。系．我們稱它為該晶體的界面能極圖。立方晶體界面能極圖(二維).(矢徑端點(diǎn)的集合)上每一點(diǎn)作出垂直于該點(diǎn)矢的平衡面，這些平面所包圍的最小體積就相像于晶體平衡外形。是生長動(dòng)力學(xué)(即各晶面生長速率的差異)；只有對微米尺寸的小晶體，界面能微小條件才成為打算晶體外形的主導(dǎo)因素。界面分為奇異面、鄰位面和非奇異面三類.,在能量曲面上將消滅尖點(diǎn)．如上圖中的B1B2點(diǎn)。尖點(diǎn)處能量曲面不連續(xù),在數(shù)學(xué)上稱為奇異點(diǎn),故稱對應(yīng)的晶面為簡潔立方晶體中的{100}面、{110}面、{111}面等。鄰位面是指在取向上和奇異面只有小角度偏離的晶面.這一類晶面將成為平臺──臺階式的界面，平臺的取向和奇異面全都。在原子尺度上準(zhǔn)光滑.雖然形成臺階導(dǎo)致界面面積增加，提高了界面能,但是消退了淺表層的彈性能,其總界面能是降低的。因而鄰位面總是表現(xiàn)為臺階狀。是粗糙的。臺階只能起始與終止于晶面的邊緣，或是在晶面上形成閉合的曲線。轉(zhuǎn)折.假設(shè)規(guī)定人的左邊的晶面高于右邊的晶面，遇到向左拐的轉(zhuǎn)折為負(fù)轉(zhuǎn)折；向右拐的轉(zhuǎn)折為正轉(zhuǎn)折。臺階的扭折化θ角的增加，扭折密度也增加。臺階上的扭折密度取決于臺階取向。鄰位面必定要臺階化,故鄰位面的生長就是臺階在光滑界面(奇異面)上的運(yùn)動(dòng)。上圖以立方晶體(100)面為例,設(shè)最近鄰原子對相互作用能(結(jié)合能)為2φ1，2φ2,2處時(shí),形成一個(gè)最近鄰和四2φ18φ2：到達(dá)位置34φ112φ2,46φ112φ2,4處勢能最低。流體相到達(dá)扭折處所釋放出的能量稱為相變潛熱.當(dāng)晶體相和流體相平衡時(shí),f=0.此時(shí)流體原子吸附到轉(zhuǎn)折位置上的幾率和離開的幾率相等。當(dāng)流體相亞穩(wěn)時(shí),驅(qū)動(dòng)力△G＜0,晶體生長。在通常溫度下臺階上會自發(fā)地產(chǎn)生轉(zhuǎn)折、且轉(zhuǎn)折密度又較高、故在鄰位面上晶體生長比較簡潔。晶體生長可能途徑：流體分子(1)→體集中→面吸附分子(2)(3)→扭折(4)流體分子(1)→體集中→面吸附分子(2)→面集中→扭折(4)流體分子(1)→體集中→扭折(4)界面上不同區(qū)域的勢能曲線吸附分子(2),但需吸取能量Wses,要Ws低得多．es1/20,相對地講,面集中是比較簡潔的..奇異面生長奇異面上不能自發(fā)產(chǎn)生臺階。晶體如要連續(xù)生長,就必需在界面上再一次形成二維臨界晶核,或有的臺階消滅．臨界晶核的形成是很困難的.奇異面的生長有兩種機(jī)制:二維成核生長機(jī)制和位錯(cuò)生長機(jī)制。 二維成核生長機(jī)制,晶體在奇異面上的生長必需有吸附原子通過面集中能自發(fā)長大的二維晶核。同洋．由二維胚團(tuán)消滅導(dǎo)致系統(tǒng)增加的棱邊能(單位長度臺階的能量)就構(gòu)成了二維成核的熱力學(xué)位壘。a，驅(qū)動(dòng)力為Δg，r:令?(Δg)/?r=0,得:將上式代入大上式,得:這說明二維臨界晶核的形成能為臨界晶核棱邊能的二分之一.假設(shè)某二維晶核在下一個(gè)晶核形成之前有足夠的時(shí)間掃過整個(gè)晶面,則下一次成核將發(fā)生在的晶面上，這樣的生長方式簡稱為單核生長。的生長需要多個(gè)二維核,這樣的簡稱為多核生長。這是各二維核的方位一樣，相鄰二維核長大相遇后不會留下任何痕跡,晶體仍為單晶體。位錯(cuò)生長機(jī)制當(dāng)只有一個(gè)螺型位錯(cuò)露頭時(shí)，存在一個(gè)螺線臺階,在驅(qū)動(dòng)力下,晶體生長過程將是該螺線臺階以等角速度,繞露頭點(diǎn)旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)晶體的等速生長.粗糙界面的生長面上全部部位都是生長位置。這說明粗糙界面的生長是連續(xù)過程,既不需抑制因產(chǎn)生臺階造成的熱力學(xué)位壘．也不需晶體缺陷的幫助作用。小面生長小面是指在強(qiáng)制生長系統(tǒng)(提拉法，坩堝下降法、區(qū)熔法、焰熔法等)中,偏氧化物晶體或半導(dǎo)體晶體中，部現(xiàn)察到了小面生長。法向生長速度度,一般簡稱為晶面生長速度.上圖中S 和SA B

.EAEB間夾BθSASab的法向速度均勻生長,在經(jīng)過單位時(shí)間后B’A 兩晶面平行推移到S 位移至E’,EE’將θ分為α和β’A 圖可見: a/b=cosα/cosβ, 此時(shí)兩晶面面積之比保持恒定。當(dāng)一個(gè)晶面的法向生長速度比相鄰晶面慢時(shí),在晶體生長過程中其晶面總是消逝。布拉維法則,而各晶面法向生長速度的不同又是受什么把握的呢?以以下圖為某晶格的一個(gè)切面。AB、BC、CD為三晶面的跡線。從圖上可以看,2、3三個(gè)位置而言，在不同距離上吸引它的質(zhì)點(diǎn)數(shù)如下表所列。,BC晶面對質(zhì)點(diǎn)的,.AB晶面對質(zhì)點(diǎn)的引力最小,質(zhì)點(diǎn)在該面上吸附較困難,故該晶面法向生長速度最慢。這意昧著面網(wǎng)密度小的晶而將優(yōu)先生長.面網(wǎng)密度小的晶面其面間距也小,從而相鄰的面網(wǎng)之間的引力就大,因此將優(yōu)先生長。結(jié)論:晶面生長速度與晶面間距成反比,晶面間距越小,生長速度越快。生實(shí)際晶面將是面網(wǎng)密度大的晶面.,在晶體上消滅的頻度以及是否平行于解理面等來衡量。(布拉維準(zhǔn)則)生長速度及其對晶體的影響對晶體外形的影響快速生長的晶體．常常發(fā)育成柱狀、針狀和鱗片狀的集合體.如升華結(jié)晶形成的雪花等(緣由為潛熱放出,或存在分凝)。假設(shè)晶體在近似平衡的條件下生長,生長速度比較緩慢,一般狀況下均能獲得比較完整的結(jié)晶多面體.對晶體大小的影響晶體快速生長時(shí)(驅(qū)動(dòng)力大,如過冷度大),母體中形成較多結(jié)晶中心(晶核)，所以，生長出的晶體數(shù)目較多且個(gè)體較小。假設(shè)結(jié)晶進(jìn)展的很緩慢,產(chǎn)生的晶核少,且有確定的時(shí)間允許品核之間相互吞并,只有少數(shù)的結(jié)晶發(fā)育長大成晶體．因此生長出的晶體少且較完整,個(gè)體比較大。對晶體純度的影響晶體生長速度較大時(shí),常常將晶體中的其他物質(zhì)包裹進(jìn)晶體中,造成晶體的構(gòu)造缺陷,使晶體的純度和完整性變差.反之則可能得到比較抱負(fù)的晶體.環(huán)境的建立與把握環(huán)境包括供給晶體生長和原料輸運(yùn)所需的三方面.對坩堝材料的要求:不溶或微溶解于熔體；不含有能傳導(dǎo)到熔體中去的雜質(zhì)；簡潔清洗、因而任何外表雜質(zhì)都能除掉；使用條件下具有足夠的強(qiáng)度和物理穩(wěn)定性；具有低的氣孔率以利于排氣；易于加工或制成所需的坩堝外形，來說是惰性的,并且簡潔清洗.石墨除了與硅、硼、鋁和鐵形成碳化物外,對大多數(shù)金屬來說是惰性的.所氧化氣氛或真空中可工作到2500攝氏度.最好的清洗方法是在真空中焙燒到1500C2023C。鉑、銥均屬貴重金屬材料。其惰性是相當(dāng)強(qiáng)的,適用范圍也很廣。為削減使,的使用壽命。加熱器最常用的方法是電阻加熱和射頻加熱..300500kHz之間。對于較高的生長溫度．需要使用鉑或銥等貴金屬坩堝時(shí),使用中頻加熱(1—10khz)較為有利，使高溫下坩堝損壞的可能性減小。其他還有電子束加熱、等離子體加熱、紅外加熱、成像加熱等方法.控溫系統(tǒng)傳感器通常承受下面三種類型；熱電偶或電阻溫度計(jì)；光學(xué)高溫計(jì)，3拾波線圈。在射頻加熱條件下,使用拾波線圈對系統(tǒng)的牢靠性大有好處.多的是熱電偶,其緣由主要是,熱電偶具有耐高溫、精度高、靈敏度高、復(fù)制性好和抗氧化性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但由于其抗復(fù)原性差,在復(fù)原性氣氛中使用易變值和損壞。常見的熱電偶:鉑銠一鉑熱電偶。這種熱偶由鉑銠絲(鉑87％、銠13％)和純鉑絲制成，鉑銠為正極,鉑為負(fù)極，測溫范圍在—20C一1400C。其優(yōu)點(diǎn)：測量精度高、不1300C以下長期使用，短期內(nèi)1600C。常作為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。它的缺點(diǎn)是熱電勢較小．鎳鉻—鎳鋁(鎳鉻一鎳硅)(Ni89％Cr10％Fel％)鋁(Ni94％、Al2％、Mn2.5%，Sil％，F(xiàn)e0.5％)為負(fù)極。這種熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是：4900C以下的溫度1200C。缺點(diǎn)是在復(fù)原性氣體中易腐蝕變質(zhì)。溫度的測量=mV的測量=I為零時(shí)的電動(dòng)勢。氣氛保持在真空中或適當(dāng)?shù)谋３謿夥罩猩L；有的需要在確定的大氣壓力下才能生和二氧化碳等。生長氧化物晶體時(shí)、常將氧與惰性氣體(Ar)混合使用，但須留意坩堝的B2O5是常常承受的液封熱流與溫度場區(qū)間的梯度溫場，以制造晶體生長所需的過冷度。上圖為較合理的溫度場，熱量主要通過晶體的熱傳導(dǎo)來散發(fā)。晶體的直徑把握這里介紹提拉法中晶體直徑的把握。加熱功率打算溫度〔驅(qū)動(dòng)力熱功率來把握晶體直徑。通過熔體傳至固液界面的熱量，以L表示晶體的結(jié)晶潛熱，V表示提拉速度．ρs為晶體的密度．A表示晶體的截面積，可以得到下式：QL-QS=AVρsL可見轉(zhuǎn)變方程的左邊〔通過轉(zhuǎn)變加熱功率A可以變化。直徑的把握〔如通過電子秤信號來把握使晶體成線性增重。微觀生長波動(dòng)素很多．主要可分為兩類：機(jī)械不穩(wěn)定性；〔濃度起伏和溫度起伏。過度磨損，則易于避開機(jī)械不穩(wěn)定性。度和界面處的溫度梯度，可成功地避開組分過冷型不穩(wěn)定。提拉法生長晶體的一般原則不污染熔體的坩堝。堝直徑三分之二的平板可以抑制當(dāng)熔體被提拉出一半時(shí)的大局部的熱振蕩，度梯度。更高的轉(zhuǎn)速會導(dǎo)致不穩(wěn)定。應(yīng)用慢速提拉可以提高抑制組分過冷的穩(wěn)定性。可以減小界面曲率。點(diǎn)缺陷空位與間隙原子上原子處于平衡狀態(tài)，這種方式形成的缺陷稱為肖特基缺陷。形成肖特基缺陷示意圖 間隙原子的形成弗侖克爾缺陷形成示意圖的兩種根本類型。熱缺陷濃度隨溫度上升成指數(shù)上升,特定材料在確定溫度具有確定平衡濃度的熱缺陷。外來原子難易程度與晶體構(gòu)造和外來原子大小及性質(zhì)有關(guān)。外來原子為雜質(zhì)缺陷.雜質(zhì)缺陷濃度與溫度無關(guān)。非化學(xué)計(jì)量構(gòu)造缺陷現(xiàn)象．由此而形成線缺陷滑移過程示意圖螺型位錯(cuò)具有以下持性：晶體中原子排列缺陷(一種線缺陷)。位錯(cuò)是有確定寬度的管道。體內(nèi)部。位錯(cuò)環(huán)把晶體中變形局部和沒有變形局部區(qū)分開。道”內(nèi)的原子平均能量比其他區(qū)域大得多，它的形成使系統(tǒng)能量提高,故位錯(cuò)不是平衡缺陷。面缺陷晶粒間界、鑲嵌構(gòu)造間界(小角晶界)、層錯(cuò)、孿晶界面敏感：溶液過飽和度、溶液的粘滯性、雜質(zhì)及生長方法等。體缺陷，如攘嵌構(gòu)造、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造、系屬構(gòu)造、生長層、孿晶以及各種包裹體等。條件對晶體完整性的影響生長設(shè)備的穩(wěn)定性、有害雜質(zhì)影響..要選擇最正確取向.假設(shè)籽晶質(zhì)量不好,籽晶中繼承性缺陷(如位錯(cuò)、晶界等)會延長到晶體中。6章非線性光學(xué)晶體概述非線性光學(xué)晶體的進(jìn)展概況變頻晶體來劃分可分為下述三類．紅外波段頻率轉(zhuǎn)換晶體:的限制，從而得不到廣泛的應(yīng)用．從可見光到紅外的頻率轉(zhuǎn)換晶體:在此波段內(nèi)，人們對頻率轉(zhuǎn)換晶體爭論得最多.在現(xiàn)有的無機(jī)化合物，即磷酸鹽、碘酸鹽、鈮酸鹽等非線性光學(xué)晶體中，均存在著從可見光到紅外波段的性能良好的頻率轉(zhuǎn)換晶體.磷酸鹽晶體:磷酸二氫鉀(KH2P04)構(gòu)造型晶體，簡稱KDP型晶體,包括:(NH4H2PO4,ADP)磷酸二氫銣(RbH2P04，簡寫為RDP)??，(NH4H2As0ADA)、4KDA)、(RbH2AsORbDA)、

4CDA)?；4等晶體．KDP型晶體用水溶液法生長，它們多數(shù)具有優(yōu)良的壓電、電光和頻率轉(zhuǎn)換KDP晶體，它的透光波段從KDP晶體是高功率激光系統(tǒng)中較抱負(fù)的頻率轉(zhuǎn)換晶體材料．用水熱法生長．KTP晶體號稱頻率轉(zhuǎn)換的“全能冠軍”材料，具有倍頻系數(shù)大，透光波段寬，損傷閾值高，轉(zhuǎn)換效率高，化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在Nd：YAG激光頻率轉(zhuǎn)換方面獲得了廣泛的應(yīng)用．碘酸鹽晶體:主要是α碘酸鋰α-LiI3.這種晶體的優(yōu)點(diǎn)鈮酸鹽晶體:包括鈮酸鋰(LiNb03)(KNbO3)(Sr1-xBxNb208)、鈮酸鋇鈉(B2NaNb5O15)、鉭酸理(LiTa03)等晶體，這些晶體多承受熔體提拉法生晶體爭論得最多，用量也最大．(LiNbO3)LN晶體，具有多功能性質(zhì)，用途極為廣泛．諸Q開關(guān)、電光調(diào)制、傳感器、激光倍頻等方面．LN晶體作為商品消滅于國際市場上已有20能微小型激光器的爭論上，獲得了快速的進(jìn)展．紫外波段頻率轉(zhuǎn)換晶體.爭論最早的是五硼酸鉀(KB503·H20)晶體，雖然它的透光波段可達(dá)紫外區(qū)，但倍頻系數(shù)甚?。鹚徜^(β-BaB204)與三硼酸鋰(LiB305)等晶體由中國研制,具有優(yōu)良的紫外波段的頻率轉(zhuǎn)換功能。偏硼酸鋇(β-BaB2O4)晶體，簡稱BBO晶體．優(yōu)點(diǎn)是：倍頻系數(shù)大，倍頻閾(KDP3-4倍(2003000nm)內(nèi)實(shí)現(xiàn)相位匹1.06um5倍頻，在212nm(1ns)(1GW)激光倍頻的候選材料．三硼酸鋰(LiB305晶體，簡稱LBO晶體．突出優(yōu)點(diǎn)是：透光波段為(165-3200nm)，具有足夠大的非線性光學(xué)系數(shù)，室溫下能實(shí)現(xiàn)相位匹配，化學(xué)穩(wěn)參量振蕩輸出，對1.06umNd:YAG60％以上，它是一種具有廣泛應(yīng)用前景的非線性光學(xué)晶體材料．LLAP晶體．具有較高的非線性光學(xué)系數(shù)，良好的抗特別是它的紫外三倍頻(0.355um)4倍頻(0.266um)的轉(zhuǎn)換效率高，并可制成一種多頻率轉(zhuǎn)換器，它是一種有應(yīng)用前景的有機(jī)非線性光學(xué)晶體材料．電光晶體從線性電光效應(yīng)的發(fā)光機(jī)制來看，電光晶體發(fā)光照舊是非線性電極化過Q開關(guān)等技術(shù)應(yīng)用方面．電光技術(shù)70年月處于大進(jìn)展時(shí)期．主要的電光晶體有：磷酸二氘鉀[K(DH12P4]鈮酸鋰(LiNb03)、鉭酸鋰(LiTaO3)等。7.1.3光折變晶體光折變晶體爭論的驅(qū)動(dòng)力主要來源于兩個(gè)方面，1〕利用光折變晶體只需要〔如矩陣反演、卷積／相關(guān)、邊緣加強(qiáng)差分／積分、全息存儲、波長轉(zhuǎn)換、光學(xué)限幅、非相干—相干轉(zhuǎn)換．2〕光折變晶體的非線性光學(xué)系數(shù)格外高，試驗(yàn)中可以產(chǎn)生很多過程和現(xiàn)象．(BaTi03)、鈮酸鉀(KNb03)、鈮酸Fe離子的三種晶體。7.2鈮酸鋰晶體及其摻雜而具有較多微觀缺陷。素，如MnCuCe等，一類用于提高抗光損傷性能等，如MgIn等。前者參與到晶體中后為變價(jià)元素，如Cu,12價(jià)。假設(shè)1Cu被光子激發(fā)，2價(jià)Cu,2價(jià)Cu處與該離子復(fù)1Cu,.從而實(shí)現(xiàn)了電子的遷移。這有助于提高光折變性能。缺陷從而使可被激發(fā)的缺陷削減〔光折變性能降低，同時(shí)它具有提高材料光電〔。Cu,Cu,則因它占據(jù)了本征缺陷而使得光折變性能降低。具體應(yīng)用時(shí)，應(yīng)依據(jù)需要選擇摻雜元素的種類和摻雜的量。非現(xiàn)象光學(xué)現(xiàn)象

P 過晶體傳播時(shí)，會引起晶體的電極化，假設(shè)光強(qiáng)度不太大，電極化強(qiáng)度與光頻電場 之間成線性關(guān)系P i J式中，XI,J為線性極化系數(shù)，I,J＝1，2，3……當(dāng)強(qiáng)激光照耀時(shí),光頻電場的高次項(xiàng)不容無視,這時(shí):PE取一階導(dǎo)數(shù)，可得出可知，晶體的線性光學(xué)性質(zhì)只與X線性光學(xué)效應(yīng)最為顯著.

(1)有關(guān)，其余各項(xiàng)中二次項(xiàng)所引起的非IJ晶體的非線性可用于倍頻、差頻、光放大等很多方面.相位匹位匹配．180。時(shí)，不會有任何二次諧波的輸出．因相位匹配條件:即倍頻光折射率與基頻光的折射率相等.實(shí)現(xiàn)相位匹配的途徑:各向異性的晶體存在自然雙折射，同一波法線方向態(tài)為常光(o光)，而另一種光波為格外光(e光)，那么，就可利用晶體的雙折射所引起的折射率不同，來滿足相位匹配條件.光混頻與光參量振蕩光混頻包括和頻和差頻兩種效應(yīng)．當(dāng)角頻率分別為ω

和ω的兩束光波在非1 2線性光學(xué)介質(zhì)內(nèi)發(fā)生耦合作用時(shí)，將產(chǎn)生角頻率為ω

=ω±ω3 1

的極化波，并輻射出相應(yīng)頻率的第三種光波，這也是二階非線性光學(xué)效應(yīng).當(dāng)ω=ω3

+ω1 2可見光．當(dāng)ω=ω-ω

3 1 2段的激光．光參量振蕩:當(dāng)一束頻率為ωp的強(qiáng)激光(稱為泵浦光)射人非線性光學(xué)晶體ωp的弱信號光(頻率為ωs)，由于差頻效應(yīng)，將產(chǎn)生頻率為ωp-ωs＝ωi(稱為空載頻率)的極化波，而輻射出頻率為ωi波，當(dāng)此光波在晶體中傳播時(shí)，又與泵浦光混頻，便產(chǎn)生頻率為ωp-ωi＝ωs的極化波，進(jìn)而輻射出頻率為ωs的光波．假設(shè)原來頻率為ωs的信號波與產(chǎn)生的頻率為ωsωs浦光波功率的作用下得到了放大，這就是光參量放大原理．光參量放大示意圖ωsωi原理，電光效應(yīng)E(Ω)的冪級數(shù)表示，即h為晶體的二次電光系數(shù)．線性電光效應(yīng)可表示為其中Δβij為用介電隔離率張量表示的線性電光效應(yīng).20