ทฤษฎีการเติบโตของเลเซอร์คริสตัล

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 หลักการของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่ถูกนำมาใช้อย่างต่อเนื่องเพื่อควบคุมกระบวนการการเติบโตของคริสตัล และการเติบโตของคริสตัลก็เริ่มพัฒนาจากศิลปะสู่วิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งนับตั้งแต่ทศวรรษ 1950 การพัฒนาวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ซิลิกอนผลึกเดี่ยวได้ส่งเสริมการพัฒนาทฤษฎีและเทคโนโลยีการเติบโตของคริสตัล ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การพัฒนาสารกึ่งตัวนำแบบผสมและวัสดุอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ วัสดุออปโตอิเล็กทรอนิกส์ วัสดุเชิงแสงแบบไม่เชิงเส้น วัสดุตัวนำยิ่งยวด วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริก และวัสดุโลหะผลึกเดี่ยว ทำให้เกิดปัญหาทางทฤษฎีมากมาย และมีการหยิบยกข้อกำหนดที่ซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับเทคโนโลยีการเติบโตของคริสตัล การวิจัยเกี่ยวกับหลักการและเทคโนโลยีของการเติบโตของคริสตัลมีความสำคัญเพิ่มมากขึ้นและกลายเป็นสาขาสำคัญของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่
ปัจจุบันการเติบโตของคริสตัลได้ค่อยๆก่อตัวเป็นทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์หลายชุดซึ่งใช้ในการควบคุมกระบวนการการเติบโตของคริสตัล อย่างไรก็ตาม ระบบทฤษฎีนี้ยังไม่สมบูรณ์แบบและยังมีเนื้อหาอีกมากมายที่ขึ้นอยู่กับประสบการณ์ ดังนั้นการเติบโตของคริสตัลเทียมโดยทั่วไปจึงถือเป็นการผสมผสานระหว่างงานฝีมือและวิทยาศาสตร์
การเตรียมผลึกที่สมบูรณ์ต้องมีเงื่อนไขดังต่อไปนี้:
1. ควรควบคุมอุณหภูมิของระบบปฏิกิริยาอย่างสม่ำเสมอ เพื่อป้องกันไม่ให้เย็นเกินไปหรือร้อนเกินไปในท้องถิ่น จะส่งผลต่อการเกิดนิวเคลียสและการเติบโตของผลึก
2. กระบวนการตกผลึกควรช้าที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อป้องกันการเกิดนิวเคลียสที่เกิดขึ้นเอง เนื่องจากเมื่อนิวเคลียสเกิดขึ้นเอง อนุภาคละเอียดจำนวนมากจะก่อตัวขึ้นและขัดขวางการเติบโตของผลึก
3. จับคู่อัตราการเย็นตัวกับการเกิดนิวเคลียสของคริสตัลและอัตราการเติบโต ผลึกเติบโตสม่ำเสมอ ไม่มีการไล่ระดับความเข้มข้นในผลึก และองค์ประกอบไม่เบี่ยงเบนไปจากสัดส่วนทางเคมี
วิธีการเจริญเติบโตของผลึกสามารถแบ่งได้เป็นสี่ประเภทตามประเภทของระยะต้นกำเนิด ได้แก่ การเจริญเติบโตแบบหลอมเหลว การเจริญเติบโตของสารละลาย การเติบโตของเฟสไอ และการเติบโตของเฟสของแข็ง วิธีการเติบโตของคริสตัลทั้งสี่ประเภทนี้ได้พัฒนาเป็นเทคนิคการเติบโตของคริสตัลหลายสิบวิธีโดยมีการเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขการควบคุม
โดยทั่วไป หากกระบวนการเจริญเติบโตของผลึกทั้งหมดถูกสลายไป อย่างน้อยก็ควรรวมถึงกระบวนการพื้นฐานต่อไปนี้: การละลายของตัวถูกละลาย การก่อตัวของหน่วยการเจริญเติบโตของผลึก การขนส่งหน่วยการเจริญเติบโตของผลึกในตัวกลางการเจริญเติบโต การเจริญเติบโตของผลึก การเคลื่อนไหวและการรวมกันของ องค์ประกอบบนพื้นผิวคริสตัลและการเปลี่ยนแปลงของอินเทอร์เฟซการเจริญเติบโตของคริสตัล เพื่อให้ตระหนักถึงการเติบโตของคริสตัล