臺灣博碩士論文加值系統

我們使用傳統的柴氏提拉法配合不同的提拉條件，生長出三根γ相的LiAlO2晶體塊材，採用的生長條件為一大氣壓、提拉速率採每分鐘2.0∼3.0 mm、轉速為20∼30 RPM，提拉完成的晶體從錐頂至根底總長度為13.3∼20 cm不等，晶體總重介於533∼1000 gm 之間，且軀幹平均直徑為5.4 cm。我們在本研究中探討柴氏提拉法的熱場環境和生長LiAlO2單晶晶體之間的關係。另外我們還利用90℃的逆滲透水腐蝕LiAlO2 拋光後的兩個表面，再利用光學顯微鏡觀察LiAlO2在(100)與(-100)兩個面，以比較兩個不同的面腐蝕之後的形貌，目的在於證實LiAlO2沿著[100]方向上具有反像（phase inversion）的特性；並用掃瞄式電子顯微鏡觀察腐蝕形貌，計算出（-100）面上的孔蝕密度為1.4~2.8 × 104 cm-2 ，最後將試片以攝氏800度持續24小時的條件進行封管退火，用電子顯微鏡證實晶體仍為原來的正方晶系（tetragonal）結構。

Three LiAlO2 single crystals were grown by the conventional Czochralski method under the ambient pressure with pull rate with 2.0~3.0 mm/min, rotation rate with 20~30 rpm, and at a certain growth temperature with a home-made furnace. The total lengths of the the LiAlO2 bulks are between 13.3~20 cm, including its cone and the root. The relation between the configuration of LiAlO2 bulk and the ways of the heat transport on the Czochralski method was addressed. In order to identify the inversion properties of the LiAlO2 specimen, 90°C water was utilized to etch both sides of the LAO specimen, (100) and (-100) surfaces, and we analyzed them with an optical microscopy (OM). The experimental results showed that there are certain different etching characteristics on the both sides of the specimen. The density of etch pits revealed 1.4~2.8 × 104 cm-2 on the (-100) surface, and no phase transition had been found in the specimen which was annealed for 24 hours at 800℃.

摘要 ……………………………………………………………… Ⅰ
ABSTRACT ………………………………………………………… Ⅱ
第一章 導論 …………………………………………………… 1
1.1 發光二極體的發展歷史回顧 ………………………… 1
1.2 柴氏的發明 …………………………………………… 4
1.3 研究動機 ……………………………………………… 5
第二章 LiAlO2的研究 ………………………………………… 6
2.1 LiAlO2的晶體結構 …………………………………… 6
2.2 LiAlO2和LiGaO2的關係 ……………………………… 8
2.3 LiAlO2的化學反應 …………………………………… 10
2.4 柴氏提拉法 …………………………………………… 12
2.4.1 柴氏提拉法的物理背景 ………………………… 12
2.4.2 熱傳導途徑 ……………………………………… 12
2.4.2.1 固體中的熱傳導 …………………………… 13
2.4.2.2 溶液的熱傳導 ……………………………… 14
2.4.2.3 氣體的熱傳導 ……………………………… 15
2.4.2.4 晶體/溶液界面的熱傳導 ………………… 16
2.4.2.5 輻射熱傳導 ……………………………… 16
2.4.3 晶體缺陷的生成機制 …………………………… 17
第三章 實驗步驟及結果 ……………………………………… 18
3.1 長晶爐簡介 …………………………………………… 18
3.2 實驗步驟說明 ………………………………………… 19
3.2.1 柴氏提拉法生長單晶γ-LiAlO2 ……………… 19
3.2.2 腐蝕LiAlO2之（100）和（ 00）面 …………… 21
3.3 實驗結果 …………………………………………… 22
3.3.1 柴氏提拉法生長單晶γ-LiAlO2 ………………… 22
3.3.2 LiAlO2 的（100）和（ 00）面之腐蝕後形貌 … 26
3.3.2.1 光學顯微鏡的觀測結果 ……………………… 26
3.3.2.2 掃瞄式電子顯微鏡的觀測結果 ……………… 28
3.3.3 穿透式電子顯微鏡的觀測結果 …………………… 29
第四章 結論 ……………………………………………………… 30
參考文獻 ………………………………………………………… 49

表目錄

表1 LiAlO2的結構與性質 ………………………………………… 45
表2 鍵結長度關係表 ……………………………………………… 46
表3 不同基版與GaN之間的關係 ………………………………… 47
表4 γ-LiAlO2晶體生長參數及基本結果 ……………………… 48

圖目錄

圖1 西元1918年的柴氏金屬凝固測速器 ………………………… 33
圖2 現代柴氏單晶提拉爐示意圖 …………………………………… 33
圖3 γ-LiAlO2晶體粉末的X光繞射圖 …………………………… 34
圖4 第一根γ- LiAlO2 晶體 ……………………………………… 34
圖5 γ- LiAlO2的錐頂裂紋方向圖 ………………………………… 35
圖6 軀幹開裂示意圖 ……………………………………………… 35
圖7 第二根γ-LiAlO2 晶體 ………………………………………… 36
圖8 第三根γ-LiAlO2 晶體 ………………………………………… 36
圖9 (100)面的晶向和（ 00）面的晶向相反但兩面的形貌相同 … 37
圖10 (100)面的晶向和（ 00）面的晶向不同且兩面形貌也不同 … 38
圖11 (100)面的晶向和（ 00）面的晶向相反且兩面形貌也不同 … 39
圖12 (100)面的晶向和（ 00）面的晶向不同但兩面形貌雷同 …… 40
圖13（100）和（ 00）面的原子排列示意圖 ……………………… 41
圖14（100）面的水腐蝕形貌 …………………………………… 42
圖15（ 00）面的水腐蝕形貌 …………………………………… 42
圖16（ 00）面的水腐蝕形貌 …………………………………… 43
圖17 孔蝕洞 ………………………………………………………… 43
圖18 LiAlO2的a軸TEM影像與繞射圖 …………………………… 44
圖19 LiAlO2的c軸TEM影像與繞射圖 …………………………… 44

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