レーザー結晶の成長理論

20世紀初頭、現代科学技術の原理は結晶成長プロセスを制御するために継続的に使用され、結晶成長は芸術から科学へと進化し始めました。特に1950年代以降、単結晶シリコンに代表される半導体材料の発展は、結晶成長理論と技術の発展を促進しました。近年、さまざまな化合物半導体などの電子材料、光電子材料、非線形光学材料、超伝導材料、強誘電体材料、金属単結晶材料の開発は、一連の理論的問題をもたらし、結晶成長技術に対するますます複雑な要件が提示されています。結晶成長の原理と技術の研究はますます重要になり、現代科学技術の重要な分野となっています。
現在、結晶成長は徐々に一連の科学理論を形成し、結晶成長プロセスを制御するために利用されています。しかし、この理論体系はまだ完璧ではなく、経験に依存する部分が多く残っています。そのため、人工結晶成長は一般的に職人技と科学の融合と考えられています。
完全な結晶を調製するには、次の条件が必要です。
1. 反応系の温度は均一に制御する必要があります。局所的な過冷却や過熱は結晶の核生成や成長に影響を与えるため、これを防止する必要があります。
2. 自発核生成を防ぐため、結晶化プロセスは可能な限りゆっくりと行う必要があります。自発核生成が起こると、多数の微粒子が形成され、結晶の成長が妨げられるためです。
3. 冷却速度を結晶の核生成および成長速度と一致させる。結晶は均一に成長し、結晶内に濃度勾配はなく、組成は化学比例から逸脱しない。
結晶成長法は、母相の種類によって、溶融成長法、溶液成長法、気相成長法、固相成長法の4つに分類されます。これらの4種類の結晶成長法は、制御条件の変化に伴い、数十種類もの結晶成長技術へと進化してきました。
一般に、結晶成長の全プロセスを分解すると、溶質の溶解、結晶成長単位の形成、成長媒体内での結晶成長単位の輸送、結晶成長要素の結晶表面上での移動と結合、および結晶成長界面の遷移という、少なくとも以下の基本プロセスが含まれる必要があり、これによって結晶成長が実現されます。