布里奇曼-史托巴格法

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垂直式布里奇曼法示意圖
如果想用布里奇曼法長單晶就要在爐管一端加單晶當作晶種

布里奇曼-史托巴格法晶體成長技術以哈佛物理學家珀西·布里奇曼與麻省理工學院物理學家唐納·史托巴格(Donald C. Stockbarger, 1895-1952)為名。這種技術囊括兩種大同而小異的方法進行人造胚晶[1](單晶晶錠)的晶體成長,但也可以凝固出多晶晶錠。

布里奇曼-史托巴格法牽涉到加熱多晶材料工件至其熔點以上的溫度,然後再從工件容器有晶種的一端緩慢地開始進行冷卻。今若欲將一塊多晶工件成長成單晶晶錠,則需要先找一顆單晶來擔任晶種,使其與工件之冷凝端相接,俟爐料經熔融凝固後,在冷卻爐段凝固新生的晶體沿坩鍋容器的長邊逐漸生成,且將與晶種有相同之結晶取向[2]。該過程可以在水平或垂直方向上進行,且常涉及旋轉坩堝或安瓿來攪拌熔融液。[3]

布里奇曼法雖然是20世紀初開發出來,算較老式的晶體成長方法,可是在長某些特定半導體晶體的時候還是很好用,尤其是那些柴氏拉晶法很難長的晶體,譬如說發光二極體要用的砷化鎵。用布里奇曼法來長單晶雖然頗為可靠,但是長出來的東西往往有性質、雜質不均勻的問題。[3]

布里奇曼法[4]跟史托巴格法[5]的差異相當細微。兩種方法皆仰賴溫度梯度與移動的坩鍋,不過布里奇曼法利用爐口相對不易控制的溫度梯度;而史托巴格法則在加熱爐段跟冷卻爐段中間還加了一片隔板,把兩爐段不同溫度分開。一般認為史托巴格的改良,對於熔融的固液界面的溫度梯度控制較好。

當上述裝置沒有加晶種時,各種棒狀、塊狀、甚至不規則狀的晶體進料都可以在熔融又凝固後產生多晶晶錠。這些多晶晶錠的顯微組織會出現成列的晶粒,類似金屬或合金在方向性凝固英语Directional solidification[6]後會有的顯微組織。

參見[编辑]

參考文獻[编辑]

  1. ^ http://terms.naer.edu.tw/detail/657923/?index=5
  2. ^ http://terms.naer.edu.tw/detail/655405/?index=1
  3. ^ 3.0 3.1 Hans J. Scheel; Peter Capper; Peter Rudolph. Crystal Growth Technology: Semiconductors and Dielectrics. John Wiley & Sons. 25 October 2010: 177–178. ISBN 978-3-527-32593-1. 
  4. ^ Bridgman, Percy W. Certain Physical Properties of Single Crystals of Tungsten, Antimony, Bismuth, Tellurium, Cadmium, Zinc, and Tin. Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences. 1925, 60 (6): 305–383. . JSTOR 25130058 .. doi:10.2307/25130058. 
  5. ^ Stockbarger, Donald C. The Production of Large Single Crystals of Lithium Fluoride. Review of Scientific Instruments. 1936, 7 (3): 133–136. Bibcode:1936RScI....7..133S. doi:10.1063/1.1752094. 
  6. ^ http://terms.naer.edu.tw/detail/606197/?index=1