材料合成与制备

仅供参考，

1.单晶：即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列。或者说晶体的整体在

三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。

2.非晶：组成物质的原子、分子的空间排列不呈周期性和平移对称性，晶态的长程有序受到

破坏，仍然保持形貌和组分的某些有序特征而具有短程有序，这样一类特殊的物质状态统称

为非晶态。

3.真空蒸镀：真空蒸镀是将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基片表

面析出的过程。

4.溅射成膜：溅射是指荷能离子轰击靶材，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。

5.化学气相沉积：当形成的薄膜在基片表面与其他组分发生化学反应，获得与原成分不同的

薄膜材料，这种存在化学反应的气相沉积称为化学气相沉积。

6.三温度法：在制备薄膜时，必须同时控制基片和两个蒸发源的温度，所以也称三温度法。

7.超晶格薄膜：超晶格的概念始于半导体超晶格，半导体超晶格是将两种或两种以上组分不

同或导电类型不同的极薄半导体单晶薄膜交替地外延生长在一起形成的周期性结构材料。

8.热等静压：热等静压是用惰性气体作为传递压力的介质，将原料粉末压坯或将装入包套的

粉料放入高压容器中，降低烧结温度，避免晶粒长大，获得高密度、高强度的陶瓷材料。

9.原位凝固：原位凝固就是指颗粒在悬浮液中的位置不变，靠颗粒之间的作用力或者悬浮体

内部的一些载体性质的变化，从而使悬浮体的液态转变为固态。

10.巨磁阻薄膜：材料的电阻率将受材料磁化状态的变化而呈现显著的变化。

11.溶胶-凝胶法：是指有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，在经过高温热处理

而制成氧化物或其他化合物固体的方法。

12丄B薄膜：是一种超薄有机薄膜，即在水-气界面上将不溶解有机分子或生物分子加以紧密有序排列，形成单分子膜，然后再转移到固体表面上。

1.试说明再结晶驱动力。

答：用应变退火方法生长单晶，通常是通过塑性变形，然后在适当的条件下加热等温退火，温度变化不能剧烈，结果使晶粒尺寸增大。

对于未应变到应变，根据热力学第一定律，有：

△E1-2=W—q；△ H1-2=A 曰-2 + 厶(pV) 由于△( pV)很小，近似得：△ Hi-2=^ E1-2

△G1-2= =W—q—S 低温下S可忽略，故△ G1-2疋W—q

即产生应变时，发生的自由能变化近似等于做功减去释放的热量。该热量通常就是应变退火

再结晶的主要推动力。

应变退火再结晶的推动力公式为：△ G=W—q+Gs+A G)

2.简述Walff定理的基本内容。

答：在恒温恒压下，一定体积的晶体处于平衡态时，其总界面自由能为最小，也就是说，趋

于平衡态时，晶体将调整自己的形状以使本身的总界面自由能降至最小，这就是Walff定理。

3.试说明布里奇曼-斯托克定向凝固法生长晶体的基本思想。

答：B-S法是在一个温度梯度场内生长单晶，在单一固一液界面上成核。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。

4.试说明直拉法生长晶体过程中晶体直径的主要控制因素。

答：①控制加热功率；②调节热损耗Qs;③利用帕尔帖效应；④控制提拉速率。

5.简述气相生长的原理和方法。

方法：升华法：蒸气输运法：气相反应法：

原理：对于某个假设的晶体模型，气相原子或者分子，在一定条件下被晶体吸收，形成稳定的二维晶核。在晶面上产生台阶，再俘获吸收原子，开始运动。蔓延整个表面，晶体便会生长一成原子高度。如此反复循环即能生长晶体。

6.试说明非晶态的概念与特性。

答：概念：组成物质的原子、分子的空间排列不呈周期性和平移对称性，晶态的长程有序受

到破坏，仍然保持形貌和组分的某些有序特征而具有短程有序，这样一类特殊的物质状态统

称为非晶态。

特性：1、高强度、高韧性；2、抗腐蚀性；3、软磁特性；4、超导电性；5、非晶半导体的光学性质：1 ）光吸收；2）光电导；3）光致发射；6、其他性质：非晶态材料还有诸如室温电阻率高和负的电阻温度系数。

7.试说明常见非晶态的分类。

答：非晶态材料的分类：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.非晶体玻璃。

8.试说明非晶态材料的形成条件和结构模型。

答：可以将形成条件概括为以下四点：

①晶核形成的热力学势垒△ G要大，液体中不存在成核杂质；

②结晶的动力学势垒要大，物质在Tm或液相温度处的粘度要大；

③在粘度与温度关系相似的条件下，Tm或液相温度要低；

④原子要实现较大的重新分配，达到共晶点附近的组成。

结构模型：1、微晶模型：该模型认为非晶态材料是由微晶粒所组成。根据这一模型，“晶粒” 尺寸只有一纳米到几十纳米。微晶内的短程序和晶态相同，但是长程无序，微晶之间原子的排列方式和液态结构相似。

9.拓扑无序模型：拓扑无序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。拓扑无序是指模型中原子的相对位置是随机的无序排列的。该模型强调结构的无序性。

10.试说明非晶态材料的制备原理。

答：获得非晶态最根本的条件：①足够快的冷却速率；②冷却到材料的再结晶温度以下。制备非晶的两个技术关键：①必须形成原子或分子混乱排列的状态；②将非晶热力学亚稳态在

一定的温度范围内保存下来，并使之不向晶态发生转变。

11?什么叫三温度法/四温度法？

答：在制备薄膜时，必须同时控制基片和两个蒸发源的温度，所以也称三温度法。分子束外

延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。

12?什么是溅射？影响溅射率的主要因素？

答：溅射：溅射是指荷能离子轰击靶材，使靶材表面原子或原子团逸出的现象。

溅射率是决定溅射成膜快慢的主要因素之一。影响溅射率大小的主要因素有入射离子能量、入射角度、靶材及表面晶体结构。其中入射离子能量起决定性的作用。

13.说明溅射机制的动能转移论。

答：这种观点认为，轰击离子对靶材轰击时，与靶材原子发生了弹性碰撞，从而获得了与入

射原子相反方向的动量，撞击表面而形成溅射原子。

14.说明影响CVD的参数。

1.反应体系成分：CVD原料通常要求室温下为气体。

2.气体的组成：气体成分是控制薄膜生长的主要因素之一；

3.压力CVD制膜可采用封管法、开管法和减压法三种；

4.温度：温度是影响CVD的主要因素。

15.说明什么叫分子束外延（MBE。

答：分子束外延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。为了控制元素的量，需要使蒸发源发出的所有组成元素分子呈束状，而不构成整个腔体气氛，这就是分子束外延法的思想。

16.说明微波电子回旋共振CVD原理、技术及应用。

答：原理：ECRPCV由放电室、沉积室、微波系统、磁场线圈、气路与真空系统等几个主要部分组成。处于放电室的等离子体在磁场中做回旋运动，使电子的回旋运动频率与微

波频率相同；处于回旋共振条件下的电子有效地吸收微波功率而获得高的能量，从而产生高活性和高密度的等离子体。

技术：ECRPCV可在低的气体流量、衬底不加热的情况下高速沉积高质量薄膜。

应用：ECRPCV已成功用于沉积多种薄膜。

17.简述微波烧结的优点。

微波烧结模式与常规烧结相比，具备以下特点：

（1）不需元件也不需绝热材料，结构简单，制造维修方便；

（2）可快速加热烧结；（3）便于复杂形状大部件烧结；（4）高效节能；

（5）无热源污染，有利于制备高纯陶瓷；

（3）可改进材料的微观结构和宏观性能，获得细晶高韧的结构陶瓷材料。

18.影响非晶态稳定性的因素：a动力学因素b合金化效应c尺寸效应d位形熵e化学因素

19.成型制备技术新工艺：a压力渗滤工艺b注射成型法c带式浇注式流延成型

化学蒸汽渗透法e热等静压法

20.陶瓷原位凝固胶态成型工艺：a凝胶注模成型工艺b温度诱导絮凝成型工艺c胶态振动注模成型工艺d直接凝固注模成型工艺e快速凝固成型技术

21.溶胶-凝胶法的技术特点：

1.操作温度远低于玻璃熔融温度。

2.应用较为灵活。

3.从熔液反应开始，制备材料能在分子水平上达到高度均匀，严格控制材料的组成。

4.制备气溶胶是一种结构可以控制的新型非晶固态材料，具有很多特殊性质。

5.缺点：薄膜的致密性较差。