前   言

一个在业内还算知名的企业、一个已经销售了数十亿美元设备的企业；在考虑发热体、坩埚、保温材料和生长的晶体材料的时候，居然不知道用“氧化物标准自由焓与温度的函数关系”来考虑一下是否选用得当，真是让人目瞪口呆啊！

不过想想也正常，敢在自己的网站发布的研究报告中公布可笑的切、磨、抛工艺的公司，你能希望它有多高的水平？

更可笑的还有出来吹捧这家公司的光电界的那个精英；在我们都还在读大学时他就在UCSB,UCLA, MIT, Caltech研究晶体和材料的牛人，牛到居然从来没听说“氧化物标准自由焓与温度的函数关系”…………………

这个可笑的事实告诉了大家，不是洋庙堂就一定有真经、不是洋和尚就一定会念经！

所以说有常识最重要！

Cz生长系统中的热量、溶质传输和溶质分凝

要得到优质晶体，在晶体生长系统中必须建立合理的温度分布，在单晶炉的炉膛内存在不同的介质，如熔体、晶体以及品体周围的气氛等。不同的介质具有不同的温度，就是在同一介质内，温度也不是均匀分布的，炉膛内的温度是随空间位置而变化的。 

在某确定的时刻，炉膛内全部空间中，每一点都有确定的温度，而不同的点上温度可能不同；我们就把温度的空间分布称为温场。

将温场中温度相同的空间各点联结起来，就得到一个空间区面，此曲面称为等温面。

通过某一等温面上任意点，作通过该点的法线，则沿此法线方向单位长度的温度变化称为该点的温度梯度。温度梯度是晶体生长驱动力的来源

    晶体生长过程中最理想的是炉内温场不随时间而变化；即温度分布与时间无关，这样的温场称稳态温场。

  而实际生长过程中，炉膛中的温场随时间而变化，也就是炉内的温度是空间和时间的函数，这样的温场称为非稳温场。

  在晶体生长的实践中，为了获得某种物理性能的单晶体，我们有意识地掺入某些微量元素。例如：在YAG晶体中掺入Nd，生长的Nd：YAG晶体就能作为产生激光的工作物质。 这些有意识地掺入的微量元素,我们称为溶质。

   除此而外，我们有时也会无意识地在晶体中掺入一些微量元素，可能是由于原料本身不纯，或在称量、混料、压结、烧结、熔融、提拉等工艺过程中，带进了一些杂瓦，这些杂质如果以原子或离子状态掺入晶体，也可称为溶质。例如：硅材料中的坩埚材料熔入的氧和发热体和保温材料引入的碳就属于这一类。

在正常的情况下生长的单晶体中，由于分凝问题的存在溶质分布是不均匀的，或是始端溶质浓度低，愈近尾部部愈高，或者相反。这个就是分凝系数的概念。

  溶质存在分凝的问题；同时晶体材料的组分也存在分凝的问题。

  分凝系数是动态的，只有在完全相同的条件下分凝系数才完全相同。

  我们希望获得溶质均匀分布的单晶体；同时最少的有害溶质的存在。

           溶质保守系统和溶质非保守系统

溶质非保守系统：整个生长过程中，晶体—溶体系统中溶质总量是有变的。

溶质保守系统：整个生长过程中，晶体—溶体系统中溶质总量是不变的。

CCz所要解决的问题和引发的问题

引上法晶体生长(Czochralski growth)是从熔体中生长晶体的一种常用方法，属于保守系统，它要求晶体一致共熔，其主要优点在于它是一种直观的技术，可以在短时间内生长出大而无位错的单晶。

优点：

1.  便于精密控制生长条件，可以较快速度获得优质大单晶；

2.  可以使用定向籽晶，选择不同取向的籽晶可以得到不同取向的单晶体；

3.  可以方便地采用“回熔”和“缩颈”工艺，以降低晶体中的位错密度，提高晶体的完整性；

4.  可以在晶体生长过程中直接观察生长情况，为控制晶体外形提供了有利条件

缺点：

1.  一般要用坩埚作容器，导致熔体有不同程度的污染；保温材料和发热体材料杂质也属于这类污染；

2.  当熔体中含有易挥发物时，则存在控制组分的困难；

3.  不适合生长冷却过程中存在固态相变的材料；

      4．分凝系数导致溶质分布不均匀或组分不均匀；

      5. 随着生长过程的进行，坩埚中熔体液面会不断下降，坩埚内壁逐渐地裸露出来。由于埚壁的温度很高，因而对晶体、熔体中的温场影响很大，甚至发生界面翻转。

      6.分凝系数是动态的；

CCz可以很好的解决坩埚溶液液面下降带来的问题建立一个接近稳态的温场；同时可以固定分凝系数解决溶质分布不均或组分分布不均的问题。

带来的问题是由于时间更长坩埚、保温材料和发热体的污染更严重；带入的有害溶质的积累和分布不均问题；设备系统更为复杂可靠性下降。有害杂质的分凝系数无法考虑。

CCz一定要采用双坩埚结构或类似双坩埚的结构来减少由于补充溶剂溶质注入带来的对生长界面的影响；带来成本的大幅度增加，更多几率的其他有害杂质的引入。

   CCz的几种原理图：

CCz在Si晶体生长中的应用实例

        其他材料的CCz应用

                                CCz在近化学计量比LN生长中的成功应用

                                近化学计量比LN的CCz生长

                                            典型的双坩埚结构

                                        又一款双坩埚设计