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布里奇曼-史托巴格法

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布里奇曼-史托巴格法
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布里奇曼-史托巴格法(英语:Bridgman–Stockbarger technique)晶体成长技术,以美国物理学家珀西·布里奇曼(Percy Williams Bridgman)与唐纳·史托巴格(Donald C. Stockbarger)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。

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垂直式布里奇曼法示意图
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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

简介

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 solidification[6]后会有的显微组织。

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参见

参考文献

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