人工晶体：展现科学华彩

　　走进山东大学晶体材料国家重点实验室，更像是走进了梦幻般的“水晶宫”。在这里，晶莹的红色宝石、剔透的人造钻石，已经不再是最吸引眼球的瑰宝，而展厅正中重达380公斤的透明KDP晶体，大概是最美丽而昂贵的———它展现的是科学的美。在陶绪堂博士的引导和解说下，我们理解了“晶体是美丽的，更是有用的”这句话的含意。
　　“晶体与气体、液体以及非晶质固体的本质区别是结构上的‘长程有序’，晶体的‘长程有序’规律，可以用点阵构造来描述。在晶体中，晶莹透明的有很多，但并不是所有透明的固体都是晶体，如玻璃就不是晶体。这是因为，玻璃并没有‘长程有序’结构。”陶绪堂博士深入浅出的解释，让我们对这座神秘的科学殿堂亲近了许多。
    这么巨大的晶体是如何制备的呢？带着疑问与好奇，我们随陶绪堂博士来到了KDP晶体生长室。迎面矗立的是几个装着溶液的透明大槽，其中一块晶莹剔透的晶体随着机械搅拌器在来回的转动，在灯光的照射下，反射出彩色的光芒。陶绪堂博士告诉我们，这就是正在生长中的大KDP晶体，晶体生长装置也是晶体材料国家实验室自己设计、委托加工的，它是晶体材料重点实验室在数十年研究的基础上，独创的“四槽流动法”晶体生长工艺及装置。其中，这个有晶体的大槽是晶体生长槽，其他三个槽不停地为生长槽提供原料。这块晶体已经生长了四个多月，每天只生长一、两毫米。为了达到使用要求的尺寸，它还要昼夜不停地生长几个月；在它生长期间，不能出现断电、机械故障等任何问题。用这些装置，我们在国内首先生长了多个重量超过100公斤的大单晶，目前生长的单晶重量最大的超过了700公斤，这在国际上处于前沿水平。
　　当我们问陶博士这些晶体的价格如何时，陶博士自豪地回答：“小块晶体市场上是有价的，但几百公斤大的KDP晶体，却是花钱也买不来的，因为它是激光惯性约束核聚变目前唯一可用的频率变换器和光开关关键材料”。
　　我们的脚步踏进碳化硅单晶实验室。与KDP晶体生长实验室不同的是，这里的仪器设备精密且复杂，空间布局紧凑，这里有目前世界上最先进的碳化硅单晶生长炉，价值超过800万元。
　　主持这一研究的徐现刚博士说，碳化硅晶体被称为第三代半导体材料，又称为宽禁带半导体材料、高温半导体材料等，是目前国际上的研究热点。它们具有高热导率、高临界击穿电场和低介电常数等特点，成为耐高温、大功率、耐高压、抗辐照的半导体器件的优选材料。其器件可用于核反应堆系统、宇航、电力系统等领域的极端环境中。该晶体的生长条件苛刻，需在2100℃以上保持高真空一周以上，且对籽晶质量、固定方式等也有很高要求。晶体材料国家重点实验室利用长期研究工作中积累的单晶生长经验，结合自行设计的独特的坩埚和温场，配合国外进口设备，在短时间内成功地生长出直径达2英寸的碳化硅晶体，并圆满解决了切片、抛光等工艺。大尺寸碳化硅晶体的研制成功，使我国成为继美国、日本、德国之后，有能力生长这种晶体的国家，打破了西方国家对我国的禁运，并为我国的高温半导体材料的研发和应用跨出了重要的一步。
　　随着计算机技术和激光技术的发展，人类已经走进了崭新的光电子时代；而实现这一巨大变化的物质基础之一，就是以单晶硅为代表的晶体材料。可以断言，晶体材料的进一步发展，必将谱写出人类科技文明的新篇章。正如陶绪堂博士所说，“晶体不仅是美丽的，而且也是有用的。她蕴涵着丰富的内容，是人类宝贵的财富。但迄今为止，人们对她的认识犹如冰山一角，还有许多未知领域等待着我们去探索。晶体材料的研究将从体块向薄膜、纳米方向扩展，并同化学、物理、光学、生命科学等学科交叉、融合。晶体材料将在更多科学领域熠熠生辉”！