Czochralski的滑轮

有一个老笑话,你可以点晶体学家们通过他们的胡子和凉鞋,面部毛发提供了一个丰富的异相成核生长所需的宝石般晶体所必需的。它提醒我们是多么奇怪的结晶的过程,和复杂性支撑立刻唤起和基本的问题。

没有一个人试图在实验室中生长晶体可以知道双胞胎之间的权衡过程成核和晶体生长的话,掩饰凶猛的复杂性的问题。最后都开始探索19^th世纪,特别是古斯塔夫Tamman Estonian-German化学家和冶金专家。Tamman开始监控的缓慢冷却液体在狭窄的试管为晶体生长的理解奠定基础。这样做时,他测量了固液界面的速度增长的函数的过冷度,液体的区别实际温度和熔点。他提议,结晶是热激活过程,的速度是由温度决定的固液界面。虽然很快就被证明是完全错误的,他的作品奠定了基础的科学,并激励一个年轻的波兰化学家在德国工作。

Jan Czochralski出生第八,和一个家庭的儿子最小,工匠的外膜(Ksynia)省级城市在波兰。他曾在一个教师培训学院但搬到德国在排位赛之前,最终开始化学学位1906年柏林技术大学。为了糊口,他期间他的研究工作,首先在一个化工厂,从1908年开始,在金属实验室工程公司AEG Oberspree,然后德国领先的电力电缆制造商。实验室已建立的Wichard冯Moellendorff,一个年轻,热情工程师和冶金家。Moellendorff重要研究金属的塑性变形,进行实验,质疑Tamman的许多想法。

Czochralski从未得到正式因为他的波兰学校资格从未认可程度;相反,他在AEG全职工作,在那里他开始进行详细的金属晶体的研究。1913年,他成功Moellendorff担任实验室。

传说在等待的坩埚熔锡凝固在他的桌上,Czochralski心不在焉地把他的钢笔的笔尖浸在金属而不是墨盒。他被他的钢笔抽出一缕薄薄的金属。Czochralski立即意识到他找到了新的方法来测量结晶的速度:而不是跟随前面的速度,他会画一个灯丝的融化和测量的最大速率高于丝会提前。经过一系列的试验,Czochralski发现最好的方法是停止的毛细管丝线上面包含金属坩埚只有少数度高于其熔点。字符串辗过一个滑轮,然后在电动机。降低毛细管到融化,液体会吸引管,外界几乎立即和作为种子的灯丝。

与这个设备Czochralski能够在米长的细丝。每一个都是单晶。这代表一个巨大的进步在过去的“Plitsch”方法,涉及冲压金属粉末与粘结剂成杆。加热棒沿着它的长度逐渐将recrystallise谷物到一个水晶棒。等金属钨,柯立芝将表明,小心工作允许适当的制备塑性线制造白炽灯泡(必威体育 红利账户,2013年8月,p62)。

一次Czochralski的方法做了一切。结果,它已经影响晶体生长的方法远比作为研究的技术结晶率。这样的完美晶体均匀宽度的可用性研究中起到关键作用的塑性变形和混乱,使金属的发现可成形的。

这项技术最终将进入自己的1948年,当戈登•蒂尔在贝尔实验室生长单晶锗。使用石墨坩埚之间充满了半导体加热到935 - 980˚C的感应炉,蓝绿色引入晶种到融化,慢慢地把它向上。在利率低于0.003英寸每秒,拉一个圆柱形单晶出现闻所未闻的水平的纯度,锗的闪闪发光的银色的“议会”。水晶将允许贝尔实验室商业化第一锗基固态晶体管。

但水鸭,德州人,被竞争对手挖走,德州仪器,他开发了一个类似的过程生长晶体的可取的硅。在1954年的一次会议上,蒂尔炫耀地展示了新的硅晶体管,演奏音乐的唱片播放器阿蒂·肖。锗同行相比,硅晶体管放大器使音乐即使浸入烧杯中热油。固态革命已经到来。

今天,Czochralski方法用于光学、电子产品和珠宝,我们可以理解为什么胡子可以帮助一个晶体(理解成核仍是化学的基本挑战之一)。凉鞋,另一方面,仍是一个谜…