晶体生长的物理基础
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三、扩散占优势的溶质边界层与熔区的相似性

对比图2-8中的曲线(b)与图2-14中的(b),可以发现两种情况下长成的晶体中的溶质分布完全相似。这就暗示了在扩散是溶质传输的唯一机制的情况下,其溶质边界层与区域熔化方法中的熔区具有某种相似性。

对比两种情况下描述溶质分布的解析表达式(2-21)和(2-28)。可以精确地发现,扩散是溶质传输的唯一机制的情况下,溶质边界层的特征厚度lD/v,与区域熔化方法中的熔区长度l完全相似。这就表明,如果我们使特征长度与熔区长度相等,就能保证在两种情况下长成的晶体中具有相同的溶质分布。

为了得到溶质分布均匀的晶体,希望利用建立稳态溶质边界层的方法,来制备均匀晶体。已经阐明,在空间实验室中确实用这种方法得到了长达5cm的均匀晶体。但在地面上,由于溶液中必然存在自然对流,扩散不可能成为溶质传输的唯一机制,因而不能用上法制备均匀晶体。

根据溶质边界层与熔区的相似性,似乎可以利用区域熔化方法制备溶质分布均匀的晶体。实践表明,这确实是一个现实可行的方法(具体的情况我们将在下节中介绍)。区域熔化方法之所以现实可行,是因为对溶质传输来说,熔区与待熔材料间的界面是“刚性”界面,而溶质边界层与“大块”熔体间的界面是“非刚性”的,对流能将溶质迅速地传输到“大块”熔体中去。