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晶体是由原子、离子、分子等微观物质单位按规则有序地在三维空间呈周期性重复排列的固体。其内部组成一定形式的晶格，外形上表现为一定形状的几何多面体。晶体中原子的排列是有规律的，可以从晶格中拿出一个完全能够表达晶格结构的最小单元，这个最小单元称为晶胞。由取向不同的晶粒组成的物体称为多晶体，而单晶体内所有的晶胞取向完全一致，常见的单晶如单晶硅、单晶石英。大家最常见到的一般是多晶体。
晶体生长是用一定的方法和技术，使单晶体由液态或气态结晶成长。结晶是与相变相联系的过程，它不仅包含多个物理变量，并且受到物理和力学过程的制约，构成复杂的研究体系。晶体生长过程可以有固体-固体、熔体-固体、气相-固体、溶液-固体等不同相变过程多种形式。在这些过程中，流体的状态往往看成晶体生长过程的外场。流体的状态将遵循连续介质力学的规律，即质量守恒、动量守恒、能量守恒和组分守恒等规律 [3] 。
目前主要的晶体生长技术有溶液生长法、熔体生长法、气相生长法和外延生长法。熔体生长法是晶体生长技术里研究最早的生长方法之一，也是现代工业生产和科学研究中广泛采用的方法。其原理就是利用熔体的熔点温度与熔体温度之间的关系，即当结晶物质的温度高于熔点时，它就熔化为熔体，当熔体的温度低于凝固点时，熔体就会转变为结晶固体。
熔体生长法中主要有直拉法、坩埚下降法、浮区法、焰熔法等。直拉法又称丘克拉斯（Czochralski）法，简称Cz法。Cz法生长方向和尺寸较易控制，且能利用缩颈、放肩的方法抑制位错等优点，适合于大尺寸晶体的批量生产 [24] 。提拉法晶体生长装置如图1.2所示，此方法在被高频感应或电阻加热的坩埚中盛装待熔融的晶料，再令带着籽晶的籽晶杆由上而下插入熔体，固-液界面附近的熔体维持一定的过冷度，于是熔体便沿籽晶结晶，并随籽晶的逐渐上升而生长成棒状单晶。半导体硅、锗、氧化物单晶如钇铝石榴石、钆镓石榴石、铌酸锂等均用此方法生长而得。坩埚下降法又称布里奇曼晶体生长法（Bridgeman Stockbarge method，B-S法），是一种常用的晶体生长方法。具体生长流程为：将晶体生长所需材料置于圆柱形的坩埚中，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。浮区法是通过环形加热器形成局部熔区，通过材料的再凝固而形成晶体。物质的固相和液相在密度差的驱动下，物质会发生输运。通过局部熔炼可以控制或重新分配存在于原料中的可溶性杂质，能有效地消除分凝效应，并在一定程度上控制和消除位错、包裹体等结构缺陷。
图1.2Czochralski法实验装置示意图
Fig. 1.2 Schematic diagram of the Czochralski growth experiment
无论是空间微重力环境还是地面环境，无论是产生了浮力对流还是热毛细对流，一旦产生振荡对流，熔体中的流场、温度场以及浓度场都会随时间发生扰动。随时间振荡的外场将影响凝固界面处的结晶过程，导致晶体的生长不均匀而出现缺陷，在所有晶体生长过程中都应力求避免振荡对流 [25] 。