块体 ZnO 及相关化合物的生长技术
材料科学
2019-06-05 v1
摘要
ZnO 块体晶体可以通过多种方法生长。1) 从气相生长，通常采用化学气相输运。由于生长过程中不与外来材料接触，这种 CVT 晶体可以具有很高的化学纯度。晶体学质量通常非常高（自由生长）。2) 从熔体助熔剂生长，如碱金属氢氧化物或其他氧化物（MoO3、V2O5、P2O5、PbO）和盐类（PbCl2、PbF2）。熔体助熔剂提供了在温和条件（<1000°C，常压）下生长块体 ZnO 的可能性，但晶体中总是含有助熔剂的痕迹。有限的纯度是一个严重的缺点，特别是对于电子应用而言。3) 从水热助熔剂生长，通常是超过临界点的碱性（KOH、LiOH）水溶液。由于 ZnO 的两性特征，超临界碱可以溶解高达百分之几质量的 ZnO。这种生长技术对设备的技术要求通常很高，但这并没有阻碍其在过去几十年中作为生长 {\alpha}-石英的基本技术的发展，同时也成为了氧化锌的生长技术。4) 从纯熔体生长，这是在可能的情况下应用于众多物质的首选技术，例如用于生长硅、砷化镓、蓝宝石、YAG。熔体生长的优点是 (i) 高生长速率和 (ii) 没有与助熔剂相关的杂质。然而，对于 ZnO，很难找到在热学（熔点 Tf = 1975°C）和化学（所需氧分压）角度都兼容的坩埚材料。冷坩埚（冷坩埚熔炼）或 Bridgman（反应气氛）技术已被证明能够克服熔体生长固有的问题。反应气氛不仅可以生长块体 ZnO 单晶，还可以生长其他透明导电氧化物（TCO），如 {\beta}-Ga2O3 和 In2O3。
引用
@article{arxiv.1111.4302,
title = {Growth Techniques for Bulk ZnO and Related Compounds},
author = {Detlef Klimm and Detlev Schulz and Steffen Ganschow and Zbigniew Galazka and Reinhard Uecker},
journal= {arXiv preprint arXiv:1111.4302},
year = {2019}
}
备注
10 pages, 7 figures, talk on MRS Fall 2011 Boston