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1、藍寶石藍寶石長晶缺陷概論單晶材料的生長工藝目前單晶材料的生長工藝主要方法分為下列幾項。A)氣相生長法B)水溶液生長法C)水熱生長法D)熔鹽生長法E)熔體生長法藍寶石單晶的生長工藝主要以熔體生長法為主為何選擇用熔體生長法熔體生長法的目的是為了得到高質(zhì)量的單晶體。當(dāng)結(jié)晶物質(zhì)的溫度高于熔點時，它就熔化為熔體，當(dāng)熔體的溫度低于凝固點時，熔體就轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶固體。為此，首先要在熔體中形成一個單晶核(引入籽晶），然后，在晶核與熔體的交界面上不斷進行原子或分子的重新排列而形成單晶體，只有當(dāng)晶核附近熔體的溫度低于凝固點時，晶核才能繼續(xù)發(fā)展。控制單晶
2、成核，然后在籽晶與熔體相界面上進行相變，使其逐漸長大。為了促進晶體不斷長大，在相界面處的熔體必須過冷，而熔體的其余部分則必須處于過熱狀態(tài)，使其不能自發(fā)結(jié)晶。從熔體中生長單晶體的最大優(yōu)點在于：熔體生長速率大大快于溶液生長。標(biāo)準(zhǔn)的熔體生長速度范圍從1mm／hr至若干mm／min，而溶液生長速度范圍則從1μm／hr至幾個mm／day，兩者數(shù)量的差別從10~1000倍。為何有晶體缺陷熱力學(xué)第三定定律的闡述了一個物理學(xué)最基本的原理“在熱力學(xué)溫度零度（即T=0K）時，一切完美晶體的熵值等于零。”所謂“完美晶體”是指沒有任何缺陷的規(guī)則晶體。從
3、科學(xué)的角度講絕對零度不可能達到，所以不存在沒有任何缺陷的晶體。絕對完美的晶體是天國的專利，可望而不可及。晶體結(jié)構(gòu)缺陷的類型點缺陷(零維缺陷)－由于各種原因使晶體內(nèi)部質(zhì)點有規(guī)則的周期性排列遭到破壞，引起質(zhì)點間勢場畸變，產(chǎn)生晶體結(jié)構(gòu)不完整性，但其尺度僅僅局限在1個或若干個原子級大小的范圍內(nèi)，這種缺陷就稱為點缺陷。主要構(gòu)形是空位、填隙原子、雜質(zhì)原子等。線缺陷(一維缺陷)－如果晶體內(nèi)部質(zhì)點排列的規(guī)律性在某一方向上達到一定的尺度范圍遭到破壞，就稱為線缺陷，線缺陷以位錯（dislocation）為代表。面缺陷(二維缺陷)－如果晶體內(nèi)部質(zhì)點排
4、列的規(guī)律性在二維方向上一定的尺度范圍內(nèi)遭到破壞，就稱為面缺陷，有晶體表面、晶界、相界、堆垛層錯等若干種，面缺陷以晶粒間界、孿晶界為代表。點缺陷分類根據(jù)其對理想晶格偏離的幾何位置及成分可劃分如下A)間隙原子B)空位C)雜質(zhì)原子根據(jù)產(chǎn)生缺陷的原因可劃分如下A)熱缺陷B)雜質(zhì)缺陷C)非化學(xué)計量結(jié)構(gòu)缺陷間隙原子原子或離子進入晶體中正常結(jié)點之間的間隙位置，成為間隙原子（或離子）或填隙原子（或離子）。從成分上看，填隙質(zhì)點可以是晶體自身的質(zhì)點，也可以是外來雜質(zhì)的質(zhì)點。空位正常結(jié)點沒有被原子或離子所占據(jù)，成為空結(jié)點，稱為空位或空穴。雜質(zhì)原子外來
5、原子進入晶格，就成為晶體中的雜質(zhì)。雜質(zhì)質(zhì)點進入晶體中就會生成雜質(zhì)缺陷，從位置上看，它可以進入結(jié)點位置，也可以進入間隙位置。溶解了雜質(zhì)原子的晶體稱為固體溶液（簡稱固溶體）熱缺陷當(dāng)晶體的溫度高于0K時，由于晶格上質(zhì)點熱振動，使一部分能量較高的質(zhì)點離開平衡位置而造成缺陷。熱缺陷有兩種形式：弗侖克爾缺陷（Frenkel）肖特基缺陷（Schottky）弗侖克爾缺陷：在晶格熱振動時，一些能量較大的質(zhì)點離開平衡位置后，進入到間隙位置，形成間隙質(zhì)點，而在原來位置上形成空位。間隙質(zhì)點與空位總是成對出現(xiàn)影響因素：與晶體結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系晶體中間隙越小越
6、不易產(chǎn)生弗侖克爾缺陷，結(jié)構(gòu)中存在很大間隙位置，相對而言比較容易生成肖特基缺陷：正常格點上的質(zhì)點，在熱起伏過程中獲得能量離開平衡位置遷移到晶體的表面，而在晶體內(nèi)部正常格點上留下空位。肖特基缺陷的生成需要一個像晶界、位錯或者表面之類的晶格排列混亂的區(qū)域；正離子空位和負(fù)離子空位按照分子式同時成對產(chǎn)生，伴隨晶體體積增加。雜質(zhì)缺陷由于外來質(zhì)點進入晶體而產(chǎn)生的缺陷。雖然雜質(zhì)摻雜量一般較小（~0.1%），進入晶體后無論位于何處，均因雜質(zhì)質(zhì)點和原有的質(zhì)點性質(zhì)不同，不僅破壞了質(zhì)點有規(guī)則的排列，而且在雜質(zhì)質(zhì)點周圍的周期勢場引起改變，因此形成一種缺陷
7、。晶體中雜質(zhì)含量在未超過其固溶度時，雜質(zhì)缺陷的濃度與溫度無關(guān)，這與熱缺陷是不同的。非化學(xué)計量結(jié)構(gòu)缺陷化合物分子式一般具有固定的正負(fù)離子比，其比值不會隨著外界條件而變化，此類化合物稱為化學(xué)計量化合物一些化合物的化學(xué)組成會明顯地隨著周圍氣氛性質(zhì)和壓力大小的變化而發(fā)生組成偏離化學(xué)計量的現(xiàn)象，由此產(chǎn)生的晶體缺陷稱為非化學(xué)計量缺陷線缺陷--位錯位錯（Dislocation）是原子的一種特殊組態(tài)，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的晶格缺陷，也稱為線缺陷。實際晶體在結(jié)晶時受到外界環(huán)境或應(yīng)力的影響，使晶體內(nèi)部質(zhì)點排列變形、原子行列間相互滑移，不再符合理想晶格
8、的有秩序的排列而形成線狀的缺陷，稱為位錯。位錯概念的提出用于解釋晶體的塑性變形。位錯的基本類型和特征位錯基本類型可分三種A)刃型位錯B)螺旋位錯C)混合型位錯刃型位錯設(shè)有一簡單立方結(jié)構(gòu)的晶體，在切應(yīng)力的作用下發(fā)生局部滑移，發(fā)生局部滑移后晶體內(nèi)在垂直方向出現(xiàn)了一個
