レーザー結晶の成長理論

20 世紀初頭、結晶成長プロセスを制御するために現代の科学技術の原理が継続的に使用され、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開発により、結晶成長理論と技術の発展が促進されました。近年、化合物半導体をはじめとする各種電子材料、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に伴い、理論上の問題が次々と発生しています。そして、結晶成長技術に対する要求はますます複雑になっています。結晶成長の原理と技術に関する研究はますます重要になっており、現代の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ており、それらは結晶成長プロセスを制御するために使用されています。しかし、この理論体系はまだ完全ではなく、経験に頼る内容が多く残っています。したがって、人工的な結晶の成長は、一般に職人技と科学の組み合わせである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を防ぐため、結晶の核生成や成長に影響を与えます。
2. 自発的な核生成を防ぐために、結晶化プロセスはできるだけゆっくりと行う必要があります。一旦自然核生成が起こると、多数の微粒子が形成され、結晶の成長を妨げるためです。
3. 冷却速度を結晶核生成および成長速度と一致させます。結晶は均一に成長しており、結晶内に濃度勾配がなく、組成が化学比例から外れることはありません。
結晶成長法は母相の種類により、溶融成長、溶液成長、気相成長、固相成長の4つに分類されます。これら 4 種類の結晶成長法は、制御条件の変化により数十種類の結晶成長技術に進化しました。
一般に、結晶成長の全プロセスを分解する場合、少なくとも次の基本プロセスが含まれている必要があります: 溶質の溶解、結晶成長ユニットの形成、成長媒体中での結晶成長ユニットの輸送、結晶成長の移動と組み合わせ結晶表面の元素と結晶成長界面の遷移を観察し、結晶成長を実現します。