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材料合成与制备方法

答:1)形成条件:
A.晶核形成的热力学势垒 要大,液体大
C.在粘度与温度关系相似的条件下, 或液相温度要低
D.原子要实现较大的重新分配,达到共晶点附近的组成。
2)结构模型
A.微晶模型:基本思想是:大多数原子与其最近邻原子的相对位置与晶体情形完全相同,这些原子组成一纳米至几十纳米的晶粒,长程有序性消失主要是因为这些微晶取向散乱、无规的原因。
答:B—S法的构思是在一个温度梯度场内生长单晶,在单—固——液界面上成核。待结晶的材料通常放在一个圆柱形的坩埚内,坩埚可垂直或水平放置,使坩埚下降通过一个温度梯度,或使加热器沿坩埚上升。
第二章、
1.试说明非晶态的概念与特性
答:1)概念:非晶体物质是介于晶体和液体之间有序度的一种聚集态,其在小于几个原子间距的小区间内(1~1.5nm),仍然保持形貌和组分的某些有序特征而具有短程有序但长程无序的特殊物质状态。
2.试推导液固生长系统的相变驱动力。
解:设晶体流体的界面面积为A,垂直于界面的位移为∆X,系统的吉布斯自由能的降低为∆G,界面上单位面积的驱动力为f;驱动力做功:f·A·∆X=—∆G
f=-∆G·A·∆X=-∆G·∆V
生长驱动力在数值上等于生长单位体积的晶体所引起的系统吉布斯自由能的变化,负号表示界面向流体中位移引起系统自由能降低。
2)特性: a.高强度、高韧性b.抗腐蚀性c.软磁特性d.超导电性e.光学性质:光吸收、光电导、光致发射f.其它性质:室温电阻率高,负的电阻温度系数。
2.试说明常见非晶态的分类
答: 1)非晶态合金
2)非晶态半导体材料
3)非晶态超导体
4)非晶态高分子材料
5)非晶态玻璃
3.试说明非晶态材料的形成条件和结构模型
6.说明影响CVD的参数
答:CVD中影响薄膜质量的主要工艺参数有反应气体成分;反应体系成分、气体的组成、压力、温度。其中温度是最重要的影响参数。
7.说明什么叫分子束外延(MBE)以及激光分子束外延(L—MBE)的机理。
答:分子束外延(MBE)是一种在晶体基片上生长高质量的晶体薄膜的新技术。在超高真空条件下,由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气,经小孔准直后形成的分子束或原子束,直接喷射到适当温度的单晶基片上,同时控制分子束对衬底扫描,就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。
答:三温度法从原理上讲就是双蒸发源蒸镀法,但是同时必须控制基片和两个蒸发源的温度,所以也称三温度法。
四温度法实际上是改进型的三温度法,当制备三元混晶半导体化合物薄膜时,再加一蒸发源,就形成了四温度法。
3.什么叫溅射?影响溅射率的主要因素?
答:1)溅射是指荷能粒子(如正离子)轰击靶材,使靶材表面原子或原子团逸出的现象。逸出的原子在工件表面形成与靶材表面成分相同的薄膜。这种制备薄膜的方法称为溅射成膜。
激光分子束外延(LaserMBE,L—MBE)即将MBE系统中束源炉改换成激光靶,采用激光束辐照靶材,从而实现激光辐照分子束外延生长。
5.常见非晶态材料的制备技术
答:急冷喷铸技术、自由喷纺技术、真空蒸发技术、辉光放电技术、溅射技术、化学气相沉积技术、液体急冷技术。
第三章、
1.试比较电阻加热与电子束加热两种方法的技术特点。
答:电阻加热法是将薄片或线状的高熔点金属,如钨、钼、钛等做成适当形状的蒸发源,装上蒸镀材料,让电流通过蒸发源加热蒸镀材料,使其蒸发。
电子束加热法中,把被加热的物质放置在水冷坩埚中,电子束只轰击其中很小的一部分,而其余部分在坩埚的冷却作用下处于很低的温度。因此,电子束加热蒸发沉积可以做到避免坩埚材料污染。
同电阻加热法相比电子束加热法具有以下优点:
A.可直接对蒸发材料加热
B.避免材料与容器反应和容器材料蒸发
C.可蒸发高熔点材料
2.什么叫三温度法/四温度法?
2)影响溅射率的主要因素有入射粒子能量、入射角度、靶材及表面晶体结构还有正离子种类。其中入射离子能量起决定性的作用。
4.溅射类型
答:①.直流溅射 ②.高频溅射 ③.磁控溅射 ④.反应溅射 ⑤.离子镀
5.化学气相沉积CVD的反应原理:
答:CVD是一种材料表面改性技术,是建立在化学反应基础上的,要制备特定性能材料首先要选定一个合理的沉积反应,用于CVD技术的通常有如下所述五种反应类型:①.热分解反应;②.氢还原反应;③.氧化反应;④.化学合成反应;⑤.物理激励反应:等离子激励、光激励、激光激励。
B.拓扑无序模型:主要的有无序密堆积硬球模型和随机网络模型。认为非晶态结构的主要特征是原子排列的混乱和随机性。
4.试说明非晶态材料的制备原理
答:最根本的条件是要有足够快的冷却速率,并冷却到材料的再结晶温度一下。其技术关键:①.必须形成原子或分子混乱排列的状态;②.将这种热力学亚稳态在一定的温度范围内保存下来,并使之不向晶态发生转变。
3.简述水热生长法的概念及水热法生长单晶的工艺流程。
答:1)水热生长法:在高温高压下的过饱和和水溶液中结晶方法
2)工艺流程:选择反应物和反应介质→确定物料配方→优化配料顺序→装釜、封釜→确定反应温度、压力、时间等实验条件→冷却、开釜→液、固分离→物相分析。
4. 试说明布里奇曼—斯托克定向凝固法(B-S法)生长单晶的基本思想。

第一章、
1.简述固—固生长法的优缺点:
答:主要优点在于
1)可以在不添加组分的情况下较低温进行生长,即在熔点以下的温度下生长。
2)生长晶体的形状是事先固定的,所以丝、片等形状的晶体容易生长出来。
3)取向常常容易得到控制。
4)杂质和其它添加组分的分布在生长前被固定下来,并且不被生长过程所改变。
缺点:难以控制成核以形成大晶体。
而密度:
Ρ=m/ΔV=VM/ΔV
1/ΔV=ρ/VM
∴f=-ΔG/ΔV=-(ρ/M)·(ΔG/V)=-(ρ/M)·Δμ
设1mol晶体有N个原子,1个原子由流体相转变为晶体相时所引起的系统吉布斯自由能的降低为Δg
∴Δμ=NΔg
∴f=-(ρN/M)Δg∝-Δg
由于Δg与f成比例关系,因而Δg也称为相变驱动力,它表示单个原子或分子由流体相转变为晶体相时所引起的系统吉布斯自由能的降低量。
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