升华结晶法

应用物质升华再结晶的原理制备单晶的方法。物质通过热的作用，在熔点以下由固态不经过液态直接 转变为气态，而后在一定温度条件下重新再结晶，称升华再结晶。1891年R.洛伦茨（Lorenz）利用升华再结晶的基本原理生长硫化物小的晶体。1950年D.C. 莱诺尔兹（Reynolds）以粉末状CdS为原料用升华再 结晶方法制备了3X3火6mm的块状CdS晶体。1961 年W.W.培皮尔（PIPer）用标准升华再结晶的方法 生长了直径为13mm的CdS单晶。升华再结晶法已成 为生长H一砚族化合物半导体单晶材料的主要方法 之一。 物质在升华过程中，外界要对固态物质作功，使其 内能增加，温度升高。为使物质的分子气化，单位物质 所吸收的热量必须大于升华热（即熔解热和气化热之 和），以克服固态物质的分子与周围分子的亲合力和环 境的压强等作用。获得足够能量的分子，其热力学自由 能大大增加。当密闭容器的热环境在升华温度以上时， 该分子将在容器的自由空间内按布朗运动规律扩散。如 果在该容器的另一端创造一个可以释放相变潜热（即相 变过程中单位物质放出的热量）的环境，则将发生凝华 作用而生成凝华核即晶核。在生长单晶的情况下，释放 相变潜热，一般采用使带冷指的锥形体或带冷指的平面 处于一定的温度梯度内，并使尖端或平面的一点温度最 低，此处形成晶核的几率最大。根据科赛尔结晶生长理 论，一旦晶核形成，新的二维核将沿晶核周边阶梯继续 进行排列，当生长一层分子后，在其平坦的结晶面上将 有新的二维核形成，进而生成另一层新的分子层。决定 晶体生长的3个基本要素是表征系统自由能变化的临界 半径、二维核存在的几率和二维核形成的频度|育。升华再 结晶法可用于熔点下分解压力大的材料，如制备CdS、 ZnS、Cdse等单晶。其缺点是生成速率慢，生长条件 难以控制。最 低，此处形成晶核的几率最大。根据科赛尔结晶生长理 论，一旦晶核形成，新的二维核将沿晶核周边阶梯继续 进行排列，当生长一层分子后，在其平坦的结晶面上将 有新的二维核形成，进而生成另一层新的分子层。决定 晶体生长的3个基本要素是表征系统自由能变化的临界 半径、二维核存在的几率和二维核形成的频度。升华再 结晶法可用于熔点下分解压力大的材料，如制备CdS、 ZnS、Cdse等单晶。其缺点是生成速率慢，生长条件 难以控制。