坩锅下降法生长金属单晶研究(3)
Cu 低电阻率、高导热性、高相干性； 音响耳机线材、导线、X射线单色器；
Ge 第一代半导体材料； 太阳能电池、红外光学、辐射探测；
由表1-1可知，金属晶体在众多领域都有着重要的应用，其使得金属单晶一直是材料研究的热点。从20世界中叶开始的锗单晶作为第一代半导体材料出现并批量生产应用到20世纪80年代铜单晶线材的OCC技术的发现，还有镍基合金在大飞机叶上的应用，都让金属单晶具有研究价值。由此，人们纷纷通过对不同金属单晶的研究，来发现新性能，拓宽其用途。
1.2 锗单晶研究现状
锗单晶 （Monocrystalline Germanium），是指不含大角晶界或孪晶的锗晶体。呈金刚石型晶体结构，是重要的半导体材料。
20世纪中叶，半导体单晶硅材料和半导体晶体管的发明以及硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命，深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变了人们的生活方式。70年代初，石英光导纤文材料和GaAs等III－V族化合物半导体材料及其GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出机器半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从过去的“杂质工程”发展到“能带工程”，出现了以“电学特性和光学特性可剪裁”为特征的新范畴等，使人类跨入到量子效应和低文结构特性的新一代半导体器件和电路时代。半导体微电子和光电子材料已成为21世纪信息社会高技术产业的基础材料。它的发展将会使通信、高速计算、大容量信息处理、空间防御、电子对抗以及国家安全都至关重要的领域产生巨大的技术进步，受到了各国政府极大的重视。
锗是最早用来制作晶体管的半导体材料。早在20世纪50年代后期，锗材料和器件就已经批量生产，技术也相当成熟。20世纪60年代以来，锗在半导体工业中的统治地位逐渐被价格更低、资源更丰富的硅所取代。但是由于锗的电子迁移率比硅高，强度比硅好，所以在高频、红外和航空、航天领域，锗材料仍然占主导地位。近年来，锗单晶作为一种新的清洁能源材料，已成功应用于空间太阳电池领域［1-3］。而在微电子领域，随着芯片和晶体管的小型化，摩尔定律正面临硅基材料物理尺寸上的限制，需要开发一种新的材料来突破这一限制，锗的优异性能使得锗基衬底有可能取代硅而应用于先进纳米电子器件中。
随着行业的发展，锗单晶作为电子、光电子功能单晶，向着更大尺寸、高均匀性、晶格高完整性以及元器件向薄膜化、多功能化、片式化、超高集成度和低能耗方向发展。
1.2.1 生长方法
锗单晶主要生长方法有直拉法（Cz）、坩埚下降法、区熔法等。
（1） 区熔法
为了获得一个稳定的熔区，选择内径为18mm的线圈，使形成的能量分布更为集中,中心区域的能量得到加强,而热场整体的纵向温度梯度增大,即有利于形成小的熔区,提高熔区的稳定性,也有利于增强结晶的驱动力,使锗晶体顺利生长，同时保证区熔过程中不会出现毛刺，即使在上轴加压的情况下,也能够保持熔区的稳定。将线圈的外径定为60mm，降低能量的损耗;线圈上表面的角度定为9o下表面角度为0o，保证锗棒熔化界面外沿的能量供给,消除毛刺，同时减小锗结晶界面外沿的能量供给, 增大结晶界面的径向温度梯度,以加强结晶界面对 熔体的支撑作用,减小熔区塌落的可能性［4］。
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