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1、材料合成与制备方法期末复习第一章、单晶材料的制备1. 简述固一固生长法的优缺点、：答：主要优点在于1）可以在不添加组分的情况下较低温迸行生长，即在熔点以下的 温度下生长。2）生长晶体的形状是事先固定的，所以丝、片等形状的晶体容易 生长出来。3）取向常常容易得到控制。4）杂质和其它添加组分的分布在生长前被固定下来，并且不被生 长过程所改变。缺点：难以控制成核以形成大晶体。2. 试推导液固生长系统的相变驱动力。解：设晶体流体的界面面积为A,垂直于界面的位移为AX,系统 的吉布斯自由能的降低为AG,界面上单位面积的驱动力为f;驱 动力做功:f A AX=AGf=-AG A AX=-AG AV生长驱动
2、力在数值上等于生长单位体积的晶体所引起的系统吉布 斯自由能的变化，负号表示界面向流体中位移引起系统自由能降低。而密度：P=m/AV=VM/AVl/AV=p/VM.f=-AG/AV=-(p/M) (AG/V)=(p/M) A|1设lmol晶体有N个原子，1个原子由流体相转变为晶体相时所引 起的系统吉布斯自由能的降低为/. A|.i=NAgZ.f=-(pN/M)Agcc-Ag由于与f成比例关系，因而也称为相变驱动力，它表示单 个原子或分子由流体相转变为晶体相时所引起的系统吉布斯自由 能的降低量。| S(L)3. 简述水热生长法的概念及水热法生长单晶的工艺流程。答：1）水热生长法：在鬲温高压下的过饱
3、和和水溶液中结晶方法2）工艺流程：选择反应物和反应介质T确定物料配方T优化 配料顺序T装釜、封釜T确定反应温度、压力、时间等实验条件T 冷却、开釜液、固分离T物相分析。4. 试说明布里奇曼一斯托克定向凝固法（B-S法）生长单晶的基本思 想。答：BS法的构思是在一个温度梯度场内生长单晶，在单一固一 液界面上成核。待结晶的材料通常放在一个圆柱形的增堀内，2甘 堀可垂直或水平放置，使扌甘堀下降通过一个温度梯度，或使加热器 沿2甘堀上升。笫二章、非晶态材料的制备1. 试说明非晶态的概念与特性答：1）概念：非晶体物质是介于晶体和液体之间有序度的一种聚集 态，其在小于几个原子间距的小区间内（l1.5nm）
4、,仍然保持形貌 和组分的某些有序特征而具有短程有序但长程无序的特殊物质状 态。2）特性：a.鬲強度、鬲韧性b.抗腐蚀性c.软磁特性d.超导电性c. 光学性质：光吸收、光电导、光致发射F.其它性质：室温电阻率高， 负的电阻温度系数。2. 试说明常见非晶态的分类答订1）非晶态合金2）非晶态半导体材料-3）非晶态超导体4）非晶态高分子材料 5）非晶态玻璃3. 试说明非晶态材料的形成条件和结构模型答：1）形成条件：A. 晶核形成的热力学势垒AG*要犬，液体中不存在成核杂质B. 结晶的动力学势垒要大，物质在几?或液相温度处的粘度要犬c.在粘度与温度关系相似的条件下，：或液相温度要低D.原子要实现较大的重
5、新分配，达到共晶点附近的组成。2）结构模型A. 微晶模型：基本思想是：大多数凍子与其最近邻原子的相对位 置与晶体情形完全相同，这些原子组成一纳米至几十纳米的晶 粒，长程有序性消失主要是因为这些微晶取向散乱、无规的原 因。B. 拓扑无序模型：主要的有无序密堆积硬球模型和随机网络模型。认为非晶态结构的主要特征是原子排列的混乱和随机性。4. 试说明非晶态材料的制备原理答：最根本的条件是要有足够快的冷却速率，并冷却到材料的再 结晶温度一下。其技术关键：必须形成原子或分子混乱排列的 状态；.将这种热力学亚稳态在一定的温度范围内保存下来，并 使之不向晶态发生转变。5. 常见非晶态材料的制备技术答：急冷喷铸
6、技术、自由喷纺技术、真空蒸发技术、辉光放电技术、溅射技术、化学气相沉积技术、液体急冷技术。第三章、薄膜的制备1. 试比较电阻加热与电子束加热两种方法的技术特点。答:电阻加热法是将薄片或线状的高熔点金属，如鹄、锢、钛等做 成适当形状的蒸发源，装上蒸镀材料，让电流通过蒸发源加热蒸 镀材料，使其蒸发。电子束加热法中，把被加热的物质放置在水冷*甘蜗中，电子束 只轰击其中很小的一部分，而其余部分在坦蜗的冷却作用下处于 很低的温度。因此，电子束加热蒸发沉积可以做到避免2甘蜗材料 污染。同电阻加热法相比电子束加热法具有以下优点：A. 可直接对蒸发材料加热B. 避免材料与容器反应和容器材料蒸发C. 可蒸发鬲熔
7、点材料2. 什么叫三温度法/四温度法？答：三温度法从原理上讲就是双蒸发源蒸镀法，但是同时必须控 制基片和两个蒸发源的温度，所以也称三温度法。四温度法实际上是改进型的三温度法，当制备三元混晶半导 体化合物薄膜时，再加一蒸发源，就形成了四温度法。3. 什么叫溅射？影响溅射率的主要因素？答：1）溅射是指荷能粒子（如正离子）轰击靶材，使靶材表面原 子或原子团逸出的现象。逸出的原子在工件表面形成与靶材表面 成分相同的薄膜。这种制备薄膜的方法称为溅射成膜。2）影响溅射率的主要因素有入射粒子能量、入射角度、靶材 及表面晶体结构还有正离子种类。其中入射离子能量起决定性的 作用。4. 溅射类型答：直流溅射 .鬲
8、频溅射 .磁控溅射 .反应溅射 离子 镀5. 化学气相沉积CVD的反应原理：答：CVD是一种材料表面改性技术，是建立在化学反应基础上的， 要制备特定性能材料首先要选定一个合理的沉积反应，用于CVD 技术的通常有如下所述五种反应类型：.热分解反应；氢还原 反应；.氧化反应；.化学合成反应；.物理激励反应：等离子 激励、光激励、激光激励。6. 说明影响CVD的参数答：CVD中影响薄膜质量的主要工艺参数有反应气体成分；反应 体系成分、气体的组成、压力、温度。其中温度是最重要的影响 参数。7. 说明什么叫分子束外延（MBE）以及激光分子束外延（LMBE） 的机理。答：分子束外延（MEE）是一种在晶体基片上生长高质量的晶体 薄膜的新技术。在超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子 加热而产生的蒸气，经小孔准直后形成的分子束或原子束，直接 喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬底扫描，就 可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。激光分子束外延（LqscMBE,LMBE）即将MBE系统中束源 炉改换成激光靶，采用激光束辐照靶材，从而实现激光辐照分子 束外延生长。
