五、温度梯度区域熔化——TGZM[7]

考虑溶液（A+B）系统，A为溶剂，B为溶质。在两块固体A之间夹一片固体B的薄片。把它放在一具有温度梯度的温场内，使得B层温度在溶液系统的最低熔点之上，而使固体内最高温度Th低于A的熔点。夹在固体A间的一层B将熔化，并溶解一些A形成溶液，于是熔区宽度扩张了。在熔区的两个固液界面不断溶解A时，熔区中B的浓度将减小。这在图2-17（a）中相应于B的浓度点向左移动（浓度减小）。温度较低的固液界面将扩张，直到界面浓度达到温度T1的平衡浓度C1为止，此时这个界面将停止扩张。但温度为T2（较高）的界面仍继续扩张，直到界面浓度达到C2为止。由于C1大于C2，即熔体下界面的平衡浓度C1大于上界面的平衡浓度C2，故溶质将由下向上扩散；扩散结果使下端凝固点升高而开始凝固，上端开始熔化；结晶和熔化的结果又使熔体之上、下端浓度回复到平衡浓度；这样再扩散、再熔化（上端）、再凝固（下端），不断进行，这就使此溶液在固体A内沿着温度梯度方向爬行，这就称为温度梯度区熔化（Temperature Gradient Zone Melting，或TGZM）。

图2-17　温度梯度区域熔化

利用温度梯度区熔化过程制备单晶体的主要优点是，无需机械移动，即加热器和锭料都是静止的，因而设备简单，但只适用于二或多元的固溶体生长。

理论分析已经得出了二元系统的温度梯度区熔过程中熔区移动速率的表达式[8]。结果表明熔区移动速率正比于温度梯度和扩散系数，反比于液相线斜率。

温度梯度区熔不仅是单晶体生长的一种方法，温度梯度区熔理论还被用来解释组分过冷中溶质尾迹的形成（见第五章）。