材料常用制備方法

1、材料常用制備方法集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)化工作小組9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN材料常用制備方法一.晶體生長技術(shù)1 .熔體生長法【melt growth method（將欲生長晶體的原料熔化，然后讓熔體達(dá)到 一定的過冷而形成單晶）提拉法特點(diǎn)：a.可以在短時(shí)間內(nèi)生長大而無錯(cuò)位晶體b.生長速度快，單晶質(zhì)量好C.適合于大尺寸完美晶體的批量生產(chǎn)用煙下降法特點(diǎn)：裝有熔體的用煙緩慢通過具有一定溫度梯度的溫場(chǎng)，開始時(shí)整個(gè)物 料熔融，當(dāng)用期下降通過熔點(diǎn)時(shí)，熔體結(jié)晶，隨用煙的移動(dòng)，固液 界面不斷沿用期平移，至熔體全部結(jié)晶。區(qū)熔法特點(diǎn)：a.狹窄的加熱體在多晶原料棒上移動(dòng)，在加熱體所處區(qū)域，原料變 成熔體，該熔

2、體在加熱器移開后因溫度下降而形成單晶 b.隨著加熱體的移動(dòng)，整個(gè)原料棒經(jīng)歷受熱熔融到冷卻結(jié)晶的過 程，最后形成單晶棒c.有時(shí)也會(huì)固定加熱器而移動(dòng)原料棒焰熔法特點(diǎn)：a.能生長出很大的晶體（長達(dá)1m）b.適用于制備高熔點(diǎn)的氧化物c.缺點(diǎn)是生長的晶體內(nèi)應(yīng)力很大液相外延法優(yōu)點(diǎn)：a.生長設(shè)備比較簡(jiǎn)單；b.生長速率快；c .外延材料純度比較高；d .摻雜劑選擇范圍較廣泛；e.外延層的位錯(cuò)密度通常比它賴以生長的襯底要低；f.成分和厚度都可以比較精確的控制，重復(fù)性好； 操作安全。缺點(diǎn)：a.當(dāng)外延層與襯底的晶格失配大于居時(shí)生長困難； b.由于生長速率較快，難得到納米厚度的外延材料； C.外延層的表面形貌一般不如

3、氣相外延的好。2 .溶液生長法【solution growth method（使溶液達(dá)到過飽和的狀態(tài)而 結(jié)晶）水溶液法原理：通過控制合適的降溫速度，使溶液處于亞穩(wěn)態(tài)并維持適宜的過飽和 度，從而結(jié)晶水熱法Hydrothermal Method特點(diǎn)：a.在高壓釜中，通過對(duì)反應(yīng)體系加熱加壓（或自生蒸汽壓），創(chuàng)造 一個(gè)相對(duì)高溫高壓的反應(yīng)環(huán)境，使通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解而達(dá) 到過飽和、進(jìn)而析出晶體b.利用水熱法在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)單晶的生長，從而避免了晶體相 變引起的物理缺陷高溫溶液生長法（熔鹽法）特點(diǎn)：a.使用液態(tài)金屬或熔融無機(jī)化合物作為溶劑b.常用溶劑：液態(tài)金屬液態(tài)Ga （溶解As）Pb、Sn 或 Z

4、n （溶解 S、Ge、GaAs）KF （溶解 BaTiOs）Na2BA （溶解 FeM）c.典型溫度在1000?C左右d.利用這些無機(jī)溶劑有效地降低溶質(zhì)的熔點(diǎn)，能生長其他方法不易 制備的高熔點(diǎn)化合物，如鈦酸釧BaTiOs二.氣相沉積法1.物理氣相沉積法（PVD） Physical Vapor Deposition真空蒸鍍【Evaporation Deposition特點(diǎn)：a.真空條件下通過加熱蒸發(fā)某種物質(zhì)使其沉積在固體表面；b.常用鍍膜技術(shù)之一；C.用于電容器、光學(xué)薄膜、塑料等的鍍膜；d.具有較高的沉積速率，可鍍制單質(zhì)和不易熱分解的化合物膜分類：電阻加熱法、電子轟擊法陰極濺射法（濺鍍）【Spu

5、ttering Deposition原理：利用高能粒子轟擊固體表面（靶材），使得靶材表面的原子或原子 團(tuán)獲得能量并逸出表面，然后在基片（工件）的表面沉積形成與靶材成分 相同的薄膜。分類：二極直流濺射【Bipolar Sputtering高頻濺鍍【RF Sputtering磁控濺鍍【magnetron sputtering離子鍍ion plating特點(diǎn)：a.附著力好（濺鍍的特點(diǎn)）b.高沉積速率（蒸鍍的特點(diǎn)）c.繞射性d.良好的耐磨性、耐磨擦性、耐腐蝕性2.化學(xué)氣相沉積法（CVD） Chemical Vapor Deposition按反應(yīng)能源：Thermal CVD特點(diǎn)：a.利用熱能引發(fā)化學(xué)反應(yīng)

6、b.反應(yīng)溫度通常高達(dá)8002000C.加熱方式電阻加熱器高頻感應(yīng)熱輻射熱板加熱器Plasma-Enhanced CVD （PECVD）優(yōu)點(diǎn)：a.工件的溫度較低，可消除應(yīng)力；b.同時(shí)其反應(yīng)速率較高。缺點(diǎn)：a.無法沉積高純度的材料；b.反應(yīng)產(chǎn)生的氣體不易脫附；C.等離子體和生長的鍍膜相互作用可能會(huì)影響生長速率。Photo CVD特點(diǎn)：a.利用光能使分子中的化學(xué)鍵斷裂而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，沉積出特定薄 膜Ob.缺點(diǎn)是沉積速率慢，因而其應(yīng)用受到限制按氣體壓力：常壓化學(xué)氣相沉積法（APCVD） Atmospheric Pressure CVD特點(diǎn)：a.常壓下進(jìn)行沉積b.擴(kuò)散控制C.沉淀速度快d.易產(chǎn)生微粒e.

7、設(shè)備簡(jiǎn)單低壓化學(xué)氣相沉積法（LPCVD） Low Pressure CVD特點(diǎn)：a.沉積壓力低于lOOtorrb.表面反應(yīng)控制c.可以沉積出均勻的、步覆蓋能力較佳的、質(zhì)量較好的薄膜d.沉淀速度較慢e.需低壓設(shè)備三.溶膠-凝膠法Sol-Gel Process（通過凝膠前驅(qū)體的水解縮合制備金屬 氧化物材料的濕化學(xué)方法）優(yōu)點(diǎn)：a.易獲得分子水平的均勻性；b.容易實(shí)現(xiàn)分子水平上的均勻摻雜；c.制備溫度較低；d.選擇合適的條件可以制備各種新型材料。缺點(diǎn)：a.原料價(jià)格比較昂貴；b.通常整個(gè)溶膠一凝膠過程所需時(shí)間較長，常需要幾天或兒兒周。c.凝膠中存在大量微孔，在干燥過程中乂將會(huì)逸出許多氣體及有機(jī) 物，并產(chǎn)

8、生收縮四.液相沉淀法【liquid-phase precipitation（在原料溶液中添加適當(dāng)?shù)?沉淀劑，從而形 成沉淀物）1 .直接沉淀法【Direct precipitation特點(diǎn)：a.操作簡(jiǎn)單易行，對(duì)設(shè)備技術(shù)要求不高，不易引入雜質(zhì)，產(chǎn)品純度 很高，有良好的化學(xué)計(jì)量性，成本較低。b.洗滌原溶液中的陰離子較難，得到的粒子粒徑分布較寬，分散性 較差2 .共沉淀法【Coprecipitation】特點(diǎn)：a.可避免引入對(duì)材料性能不利的有害雜質(zhì)；b.生成的粉末具有較高的化學(xué)均勻性，粒度較細(xì)，顆粒尺寸分布較 窄且具有一定形貌；C.設(shè)備簡(jiǎn)單，便于工業(yè)化生產(chǎn)3 . 均勻沉淀法【Homogeneous

9、precipitation特點(diǎn)：a.沉淀劑由化學(xué)反應(yīng)緩慢地生成b.避免沉淀劑濃度不均勻C.可獲得粒子均勻、夾帶少、純度高的超細(xì)粒子d.沉淀劑：尿素一一合成氧化物、碳酸鹽硫代乙酰胺一一合成硫化物硫代硫酸鹽一一合成硫化物5 .固相反應(yīng)Solid phase reaction分類：按反應(yīng)物質(zhì)狀態(tài)分類：a.純固相反應(yīng)b.有氣體參與的反應(yīng)（氣固相反應(yīng)）c.有液相參與的反應(yīng)（液固相反應(yīng)）d.有氣體和液體參與的三相反應(yīng)（氣液固相反應(yīng)）按反應(yīng)機(jī)理分類：a.擴(kuò)散控制過程b .化學(xué)反應(yīng)速度控制過程c .晶核成核速率控制過程d.升華控制過程等等。按反應(yīng)性質(zhì)分類：a.氧化反應(yīng)b.還原反應(yīng)c.加成反應(yīng)d.置換反應(yīng)e.分

10、解反應(yīng)特點(diǎn)：a.固態(tài)直接參與化學(xué)反應(yīng)。b.固態(tài)反應(yīng)一般包括相界面上的反應(yīng)和物質(zhì)遷移兩個(gè)過程，反應(yīng)物 濃度對(duì)反應(yīng)的影響很小，均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)不適用。c.反應(yīng)開始溫度常遠(yuǎn)低于反應(yīng)物的熔點(diǎn)或系統(tǒng)低共熔溫度。這一溫 度與反應(yīng)物內(nèi)部開始呈現(xiàn)明顯擴(kuò)散作用的溫度相一致，常稱為泰曼 溫度或燒結(jié)開始溫度。6 . 插層法和反插層法 Intercalation and de intercalation1 .插層法（或植入法）一一把一些新原子導(dǎo)入晶體材料的空位2 .反插層法（或提取法）一一有選擇性地從晶體材料中移去某些原子 特點(diǎn)：a.起始相與產(chǎn)物的三維結(jié)構(gòu)具有高度相似性b.產(chǎn)物相對(duì)于起始相其性質(zhì)往往發(fā)生顯著變化7 .自蔓延高溫合成法（SHS） Seif-Propagating High-Temperature Synthesis（利用反應(yīng)物之間的化學(xué)反應(yīng)熱的自加熱和自傳導(dǎo)作用來合成 材料的一種技術(shù)）特點(diǎn)：a,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)迅速，生產(chǎn)過程時(shí)間短；b.最大限度利用材料人工合成中的化學(xué)能，節(jié)約能源；c.合成反應(yīng)溫度高，可以使大多數(shù)雜質(zhì)揮發(fā)而得到高純產(chǎn)品；d.合成過程經(jīng)歷了極大的溫度梯度，生成物中可能出現(xiàn)缺陷集中和 非