布里奇曼晶体生长法介绍

布里奇曼晶体生长法（Bridgeman法），又称坩埚下降法，是由Bridgeman 于1925年提出的。而后Stockbarger在原有的基础上发展了此方法，因此也将其称为B-S法（Bridgeman-Stockbarge method）。

（a）基本结构；（b）温度分布

布里奇曼晶体生长基本原理

布里奇曼晶体生长法是一种常用的晶体生长方法。分为垂直布里奇曼法（Vertical Bridgman method, VB）和水平布里奇曼法（Horizontal Bridgman method, HB）

垂直布里奇曼法

又称坩埚下降法，是从熔体中生长晶体的一种方法。通常坩埚在结晶炉中下降，通过温度梯度较大的区域时，熔体在坩埚中，自下而上结晶为整块晶体。 这个过程也可用结晶炉沿着坩埚上升方式完成。

与提拉法比较该方法可采用全封闭或半封闭的坩埚，成分容易控制；由于该法生长的晶体留在坩埚中，因而适于生长大块晶体，也可以一炉同时生长几块晶体。另外由于工艺条件容易掌握，易于实现程序化、自动化。典型的晶体生长炉的结构。

该方法的缺点是不适于生长在结晶时体积增大的晶体，生长的晶体通常有较大的内应力。同时在晶体生长过程中也难于直接观察，生长周期比较长。 具体实验流程如下。

将晶体生长所需材料置于圆柱型的坩埚中，缓慢地下降，并通过一个具有一定温度梯度的加热炉，将炉温控制在略高于材料的熔点附近。根据材料的性质及加热器件可以选用电阻炉或高频炉。在通过加热区域时，坩埚中的材料被熔融，当坩埚持续下降时，坩埚底部的温度先下降到熔点以下，并开始结晶，晶体随坩埚下降而持续长大。这种方法常用于制备碱金属、碱土金属卤化物和氟化物单晶。

水平布里奇曼法

水平布里奇曼法生长装置原理图

水平布里奇曼法是由BarIIacapob研制成功的一种制备大面积定型薄片状晶体的方法。其结晶原理如图5所示，将原料置于舟型坩埚中，使坩埚水平通过加热区，原料熔化并结晶。为了能够生长有严格取向的晶体，可以在坩埚顶部的籽晶槽中放入籽晶来诱导生长。

该方法具有以下一些特点

开放式的坩埚便于观察晶体的生长情况。

由于熔体的高度远小于其表面尺寸，有利于去除挥发性杂质，另外还有利于降低对流强度，提高结晶过程的稳定性。

开放式的熔体表面使在结晶的任意阶段向熔体中添加激活离子成为可能。

通过多次结晶的方法，可以对原料进行化学提纯。