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1第一章溶胶－凝胶合成1、溶胶（Sol）：是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～100nm之间。2、凝胶（Gel）：是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。3、溶胶－凝胶法：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。4、干燥中的关键技术：防止开裂（块状或薄膜）（1）湿凝胶内包裹着大量的溶剂和水，干燥过程往往伴随着大量的体积收缩，因而容易引起开裂。（2）导致凝胶收缩、开裂的应力：充填于凝胶骨架孔隙中的液体的表面张力所产生的毛细管力。凝胶尺寸越厚越易开裂。在制备尺寸较大的块体材料应特别注意。5、如何防止开裂：（1）控制干燥速度：严格控制干燥条件（如温度、相对湿度等）使其缓慢干燥，有时需要数日乃至数月的时间，因此干燥是SG工艺中最耗时的工序。（2）增强固相骨架强度：包括控制水解条件使其形成高交联度和高聚合度的缩聚物，加大凝胶的孔隙尺寸（r提高）及孔隙均匀度；或让湿凝胶在干燥前先陈化一段时间以增强骨架以及添加活性增强组分等；（3）减少毛细管力：可通过降低或消除液相表面张力入手，消除开裂的根源，在防止干燥开裂的同时，降低干燥收缩。采用超临界干燥是受到推崇的有效方法。（4）控制干燥的化学添加剂DCCA的应用溶解前驱体溶液溶胶凝胶凝胶水解缩聚老化Sol-gel合成材料溶液－溶胶化凝胶化－成型固化处理超细粉和溶液机械混合形成胶液金属无机盐或金属醇盐水解缩聚金属有机化合物水解缩聚干燥热处理26、PH值对水解缩聚速率的影响：7、在酸催化条件下，TEOS的水解属亲电子反应机理：首先，TEOS的一个Si一OR基团迅速质子化，造成Si原子上的电子云向该一OR基团偏移而呈亲电性，易受水分子的进攻。水分子从另一侧进攻Si原子，H2O分子上的电子云向Si偏移而带一正电荷，此时Si原子电子云继续向质子化一OR基团偏移造成该Si一OR键减弱进而脱离，这样一个OH一基团便取代了一OR基团。8、在碱催化条件下，TEOS的水解属于亲核反应机理：体系中的氢氧根离子首先进攻硅原子，使硅原子带负电性并导致其电子云向另一侧的一OR基团偏移，使该基团Si－OR键减弱并最终断裂，完成一OR基团被OH一基团的置换。9、固化处理包括：干燥和热处理。第二章水热与溶剂热合成1、水热法(HydrothermalSynthesis)：是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。2、溶剂热法（SolvothermalSynthesis）：将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒（例如：有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用类似于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成，易氧化、易水解或对水敏感的材料，3、水热生长体系中的晶粒形成可分为三种类型：（1）“均匀溶液饱和析出”机制；（2）“溶解-结晶”机制；（3）“原位结晶”机制。4、将水热条件下纳米晶粒的形成过程可分为三个阶段：（1）生长基元与晶核的形成。（2）生长基元在固-液生长界面上的吸附与运动。（3）生长基元在界面上的结晶或脱附35、高压釜：是进行高温高压水热与溶剂热合成的基本设备；高压容器一般用特种不锈钢制成,釜内衬有化学惰性材料，如Pt、Au等贵金属和聚四氟乙烯等耐酸碱材料。6、水热与溶剂热合成的介质选择：（1）相似相容原理。（2）溶剂化能和Born方程式。第三章化学气相沉积1、化学气相沉积：乃是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。2、CVD技术的反应原理CVD是一种材料表面改性技术。它利用气相间的反应，在不改变基体材料的成分和不削弱的基体材料的强度条件下，赋予材料表面一些特殊的性能。CVD是建立在化学反应基础上的，要制备特定性能材料首先要选定一个合理的沉积反应。用于CVD技术的通常有如下所述五种反应类型。3、CVD技术的热动力学原理——热力学化学气相沉积是把含有构成薄膜元素的气态反应剂的蒸汽及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应，并把固体产物沉积到表面生成薄膜的过程。不同物质状态的边界层对CVD沉积至关重要。4、边界层：就是流体及物体表面因流速、浓度、温度差距所形成的中间过渡范围。5、化学气相沉积法的五个基本步骤：(a)反应物已扩散通过界面边界层；(b)反应物吸附在基片的表面；(c)化学沉积反应发生；(d)部分生成物已扩散通过界面边界层；(e)生成物与反应物进入主气流里，并离开系统。CVD反应是由这五个主要步骤所构成的。因为进行这五个的发生顺序成串联，因此CVD反应的速率取决于步骤，将由这五个步骤里面最慢的一个来决定。6、热能传递主要有传导、对流、辐射三种方式。热传导是固体中热传递的主要方式，是将基片置于经加热的晶座上面，借着能量在热导体间的传导，来达到基片加热的目的。物体因自身温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热辐射。利用热源的热辐射来加热，是另一种常用的方法。对流是第三种常见的传热方式，流体通过自身各部的宏观流动实现热量传递的过程。它主要是借着流体的流动而产生。7、动量的传递：两种常见的流体流动方式：流速与流向均平顺者称为“层流”；流动过程中产生扰动等不均匀现象的流动形式，则称为“湍流”。8、化学气相沉积生产装置：（1）气相反应室；（2）加热系统；（3）气体控制系统；（4）排气系统9、常压单晶外延和多晶薄膜沉积装置。三种装置不仅可以用于硅外延生长，也较广泛的用于GaAs，AsPAs，GeSi合金和SiC等其它外延层生长；还可用于氧化硅、氮化硅；多晶硅4基金属等薄膜的沉积。（1）卧式反应器可以用于硅外延生长，装置3～4片衬底。（2）立式反应器可以用于硅外延生长，装置6～8片衬底/次。（3）桶式反应器可以用于硅外延生长，装置24～30片衬底/次。10、热壁LCVD装置：LPCVD反应器本身是以退火后的石英所构成，环绕石英制炉管外围的是一组用来对炉管进行加热的装置，因为分为三个部分，所以称为“三区加热器”。气体通常从炉管的前端，与距离炉门不远处，送入炉管内（当然也有其他不同的设计方法）。被沉积的基片，则置于同样以石英所制成的晶舟上，并随着晶舟，放入炉管的适当位置，以便进行沉积。采用直立插片增加了硅片容量对薄膜均匀性没有影响。11、影响化学气相沉积制备材料质量的几个主要因素：（1）反应混合物。（2）沉积温度。（3）衬底材料。（4）系统内总压和气体总流速。（5）反应系统装置的因素。（6）源材料的纯度。第四章单晶材料的制备1、单晶体的基本性质（1）均匀性（2）各向异性（3）自限性（4）对称性（5）最小内能和最大稳定性。2、单晶材料制备方法的选择——取决于晶体物质的性质。3、常用单晶生长方法：（1）固相-固相平衡的晶体生长驱动力：应变力。（2）液相-固相平衡的晶体生长驱动力：过冷度。（3）气相-固相平衡的晶体生长驱动力：过饱和度。4、晶体生长驱动力——过冷度。冷却速度↑，过冷度↑，晶体生长速度↑；冷却速度↓，过冷度↓，晶体生长速度↓。5、温度梯度分布对晶体生长方式的影响：（1）在正的温度梯度下，固液界面前沿液体几乎没有过冷，固液界面以平面方式向前推进，即晶体以平面方式向前生长。（2）在负的温度梯度下，界面前方的液体强烈过冷，晶体以树枝晶方式生长。定向凝固技术的基本定义：在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和凝固熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，获得具有特定取向柱状晶的技术。6、定向凝固基本原理——成分过冷理论在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和凝固熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，获得具有特定取向柱状晶的技术。7、提拉法：也称为丘克拉斯基（Gockraski）技术，是熔体中晶体生长最常用的方法之一，很多重要的实用晶体是用这种方法制备的。8、提拉法的原理：是利用温场控制来使得熔融的原料生长成晶体。59、泡生法与提拉法的区别：泡生法是利用温度控制生长晶体，生长时只拉出晶体头部，晶体部分依靠温度变化来生长，而拉出颈部的同时，调整加热电压以使得熔融的原料达到最适合的生长温度范围。晶体泡生法原理将一根冷的籽晶与熔体接触，如果界面温度低于凝固点，则籽晶开始生长。为了使晶体不断长大，就需要逐渐降低熔体的温度，同时旋转晶体以改善熔体的温度分布；也可以缓慢地上提晶体，以扩大散热面；晶体在生长过程中或结束时均不与坩埚壁接触，可大大减少晶体的应力；晶体与剩余熔体脱离时，通常会产生较大的热冲击。10、浮区法（垂直区熔法）特点：不需要坩埚，可以生长高熔点材料晶体。（例如，W单晶，熔点3400℃）熔区的稳定靠表面张力与重力的平衡来保持11、溶液法最关键因素：是控制溶液的过饱和度，使溶液达到过饱和状态，晶体只有在稳定的过饱和溶液中生长才能确保晶体的质量。12、在晶体生长过程中维持其过饱和度的途径有：△G=RTσ.（1）据溶解度曲线，改变温度；——降温法（2）采取各种方式（如蒸发、电解）移去溶剂，改变溶液成分；——蒸发法,电解溶剂法（3）通过化学反应来控制过饱和度；——溶胶扩散法（4）用亚稳相来控制过饱和度，即利用某些物质的稳定相和亚稳相的溶解度差别，控制一定的温度，使亚稳相不断溶解，稳定相不断生长。——亚稳相法.13、降温法原理：利用物质较大的正溶解度温度系数，在晶体生长过程总逐渐降低温度，使析出的物质不断在晶体上生长。降温法控制晶体生长的主要关键是掌握合适的降温速度，使溶液始终处在亚稳定区。14、流动法原理：由饱和槽和生长槽的温差及溶液流速来控制溶液处于过饱和状态，晶体不断生长。15、恒温蒸发法原理：将溶剂不断蒸发移去，使溶液保持在过饱和状态，从而使晶体不断生长。技术关键：（1）搅拌方式，公转，自转；（2）调节pH值；（3）生长速率不可太快。16、电解溶质法原理：基于用电解法分解溶剂，以除去溶剂，使溶液处于过饱和状态。该方法的关键是控制电解电流的大小，即溶剂的电解速度，使体系处于亚稳状区内，以实现晶体的稳定生长。17、凝胶法原理：以凝胶作为支持介质，通过扩散进行的溶液反应生长；技术关键：避免过多的自发成核；高纯试剂，稀溶液，自发成核或籽晶。高温溶液生长此方法中助熔剂的选择是个关键。18、助熔剂的选择：（1）有足够大的溶解度一般应为10~50wt%，同时在生长温度范围内，还应有适度的溶解6度的温度系数；（2）所生成的晶体是唯一稳定的物相（不反应），助溶剂与参与结晶的成分最好不要形成多种稳定的化合物；(3)固溶度应尽可能小，尽可能选用同离子的助溶剂；(4)小粘滞性，使扩散速率↑，反应速率↑，完整性↑；(5)低熔点，高沸点，才有较高的生长温度；(6)很小的挥发性、腐蚀性和毒性，避免对人体、坩埚和环境造成损害和污染；(7)易溶于对晶体无腐蚀作用的液体溶剂中，如水、酸或碱性溶液等，以便于生长结束时晶体与母液的分离；(8)很难找到一种能同时满足上述条件要求的助溶剂。在实际使用中，一般采用复合助溶剂来尽量满足这些要求。19、气相法可分为两种：（1）物理气相沉积，用物理凝聚的方法将多晶原料经过气相转化为单晶体，如升华-凝结法、分子束外延法和阴极溅射法；（2）化学气相沉积，通过化学过程将多晶原料经过气相转化为单晶体，如化学传输法、气体分解法、气体合成法和MOCVD法等。20、在形变再结晶中，为什么在具有明显织构的材料中，新晶核容易长大？第五章薄膜材料的制备薄膜的特征——具有二维延展性。1、电子显微镜下直接观察薄膜蒸镀过程，发现薄膜的生长可以分