镜子里面有什么我们不知道的?

作者: Frions

来源: 中科院物理所

发布日期: 2017-11-03 11:06:13

文章讨论了过冷水接触冰时形成的冰是否为单晶体的问题,并探讨了制造单晶硅和单晶铜耳机线的工艺是否与此类似。文章详细解释了在实际操作中如何通过控制条件来制造单晶。

镜子里面有什么我们不知道的?爱丽丝漫游奇境,你呢,想不想看看镜中世界?没有红皇后和疯帽子,有的是虚实相生的景象。上期(No.77)的一个关于过冷水与凝结核的问题,让我想起了以前材料课想问而又不敢问的一个问题(因为懒): 当过冷水接触到了冰时,过冷水会在凝结核的接触表面迅速凝固且层层覆盖递进直到所有的过冷水全部被凝固。那么,这些由过冷水围绕凝结核凝固而形成的冰是否为单晶体?

如果是,那制造晶圆所需要的单晶硅以及烧耳狂魔极力推崇的单晶铜耳机线的制造工艺是否如上述类似?首先感谢这位读者根据前面的回答提出的问题。理想情况下,如果在过冷水中引入唯一一个凝结核,然后让水分子在这个凝结核上慢慢凝结,确实可以得到一个体积较大的单晶冰。但是在实际情况中,很难控制凝结核单独的出现:除了水中的杂质外,水分子的涨落也会自发形成凝结核。

其结果就是,水分子分别在数个凝结核上同时凝结、增大,每个凝结核长出一个单晶。当这些单晶生长的足够大时,单晶之间就会相互接触,由于单晶的取向是随机的,所以继续生长的结果就是多个单晶长在一起形成了多晶。晶体的数量由凝结核密度决定,晶体的大小由结晶时间和生长速度决定。而成核密度和生长速度都和过冷度相关。

在过冷度较低的时候,生长速度高于成核密度,这种情况下易于形成较少、较大的晶体;而在过冷度较高的时候,成核密度大,生长速度反而降低,这种情况下易于形成较小,但数量很多的晶体。在实际操作中可以通过减少溶液中的杂质、使容器内壁尽量光滑,然后加入一个小的晶体作为核,在此基础上生长出较大的单晶。从我们的分析可以看出,的确可以通过题主的方案制造单晶,但要控制好条件。

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