晶体生长原理与技术 第2版PDF电子书下载

第一篇 晶体生长的基本原理 3

第1章 导论 3

1.1晶体的基本概念 3

1.1.1晶体的结构特征 3

1.1.2晶体结构与点阵 4

1.1.3晶向与晶面 5

1.1.4晶体的结构缺陷概述 6

1.2晶体材料 12

1.2.1常见晶体材料的晶体结构 12

1.2.2按照功能分类的晶体材料 16

1.3晶体生长技术的发展 21

1.4晶体生长技术基础及其与其他学科的联系 23

参考文献 25

第2章 晶体生长的热力学原理 27

2.1晶体生长过程的物相及其热力学描述 27

2.1.1气体的结构及热力学描述 27

2.1.2液体的结构及热力学描述 30

2.1.3固体的结构及其热力学参数 33

2.1.4相界面及其热力学分析 37

2.1.5晶体生长的热力学条件 42

2.2单质晶体生长热力学原理 44

2.2.1单质晶体生长过程中的热力学条件 44

2.2.2液相及气相生长的热力学条件及驱动力 48

2.2.3固态再结晶的热力学条件 50

2.3二元系的晶体生长热力学原理 52

2.3.1二元合金中的化学位 52

2.3.2液-固界面的平衡与溶质分凝 53

2.3.3气-液及气-固平衡 56

2.4多组元系晶体生长热力学分析 58

2.4.1多元体系的自由能 58

2.4.2多元系结晶过程的热力学平衡条件 59

2.4.3相图计算技术的应用 60

2.5化合物晶体生长热力学原理 63

2.5.1化合物分解与合成过程的热力学分析 64

2.5.2复杂二元及多元化合物体系的简化处理 67

2.5.3化合物晶体非化学计量比的成分偏离与晶体结构缺陷 70

2.5.4熔体中的短程序及缔合物 72

2.6强磁场及高压环境对晶体生长热力学条件的影响 75

2.6.1强磁场对晶体生长热力学平衡条件的影响 75

2.6.2高压对晶体生长热力学平衡条件的影响 76

参考文献 79

第3章 晶体生长过程的形核原理 83

3.1均质形核理论 83

3.1.1熔体中的均质形核理论 83

3.1.2气相与固相中的均质形核 86

3.1.3均质形核理论的发展 87

3.2异质形核 90

3.2.1异质形核的基本原理 90

3.2.2异质外延生长过程中的形核 92

3.3多元多相合金结晶过程中的形核 94

3.3.1多组元介质中的形核 94

3.3.2多相形核过程的分析 98

3.4特殊条件下的形核问题 101

3.4.1溶液中的形核 101

3.4.2电化学形核 103

3.4.3超临界液体结晶过程中的形核 103

3.4.4形核过程的实验观察与控制 104

参考文献 107

第4章 晶体生长的动力学原理 111

4.1结晶界面的微观结构 111

4.1.1结晶界面结构的经典模型 111

4.1.2界面结构的Monte-Carlo （MC）模拟 116

4.2结晶界面的原子迁移过程与生长速率 119

4.2.1结晶界面上原沉积的途径与过程 119

4.2.2连续生长过程的原子沉积动力学 122

4.2.3结晶界面上的原子扩散 123

4.2.4结晶界面上原子的二维形核 126

4.2.5位错生长 128

4.2.6化合物晶体生长的界面动力学 129

4.2.7基于实验结果的结晶界面动力学过程分析 130

4.3晶体生长的本征形态 134

4.3.1晶体生长形态的热力学分析 134

4.3.2晶体生长形态的动力学描述 135

参考文献 145

第5章 实际晶体生长形态的形成原理 149

5.1晶体生长驱动力与平面结晶界面的失稳 149

5.2枝晶的形成条件与生长形态 155

5.3枝晶阵列的生长 161

5.3.1Hunt模型 163

5.3.2 Kurz-Fisher模型 164

5.3.3 Lu-Hunt数值模型 166

5.4强各向异性晶体强制生长形态 170

5.5多相协同生长 173

5.5.1亚共晶生长 173

5.5.2共晶生长 174

5.5.3偏晶生长 178

5.5.4包晶生长 179

参考文献 180

第二篇 晶体生长的技术基础 185

第6章 晶体生长过程的传输问题 185

6.1晶体生长过程的传质原理 185

6.1.1溶质扩散的基本方程 185

6.1.2扩散过程的求解条件与分析方法 188

6.1.3扩散系数的本质及其处理方法 189

6.1.4晶体生长过程扩散的特性 191

6.1.5多组元的协同扩散 193

6.1.6外场作用下的扩散 194

6.2晶体生长过程的传热原理 195

6.2.1晶体生长过程的导热 195

6.2.2晶体生长过程的辐射换热 200

6.2.3晶体生长过程的对流换热与界面换热 203

6.2.4晶体生长过程温度场的测控方法与技术 204

6.3晶体生长过程的液相流动 212

6.3.1流动的起因与分类 212

6.3.2流体的黏度 214

6.3.3流体流动的控制方程 215

6.3.4流体流动过程的求解条件与分析方法 217

6.3.5层流与紊流的概念及典型层流过程分析 218

6.3.6双扩散对流 220

6.3.7 Marangoni对流 223

参考文献 224

第7章 晶体生长过程中的化学问题 226

7.1晶体生长过程相关的化学原理 226

7.1.1晶体生长过程的化学反应 226

7.1.2物质的主要化学性质和化学定律 229

7.1.3化学反应动力学原理 233

7.1.4化学反应过程的热效应 237

7.1.5化学反应的尺寸效应 238

7.1.6晶体生长过程的其他化学问题 239

7.2原料的提纯 243

7.2.1气化-凝结法 244

7.2.2萃取法 254

7.2.3电解提纯法 260

7.2.4区熔法 261

7.3晶体生长原料的合成原理 263

7.3.1熔体直接反应合成 263

7.3.2溶液中的反应合成 265

7.3.3气相反应合成 268

7.3.4固相反应合成 274

7.3.5自蔓延合成 276

参考文献 279

第8章 晶体生长过程物理场的作用 282

8.1晶体生长过程的压力作用原理 282

8.1.1重力场中的压力 282

8.1.2微重力场的特性与影响 283

8.1.3超重力场的特性与影响 285

8.1.4晶体生长过程的高压技术 287

8.2晶体生长过程中的应力分析 291

8.2.1应力场计算的基本方程 292

8.2.2应力场的分析方法 295

8.2.3应力作用下的塑性变形 297

8.2.4薄膜材料中的应力 299

8.3电场在晶体生长过程中的作用原理 301

8.3.1材料的电导特性 302

8.3.2材料的电介质特性 303

8.3.3晶体生长相关的电学原理 304

8.3.4电场在晶体生长过程应用的实例 306

8.4电磁场在晶体生长过程中应用的基本原理 312

8.4.1电磁效应及磁介质的性质 313

8.4.2电磁场的作用原理 316

8.4.3电磁悬浮技术 320

8.4.4电磁场对对流的控制作用 322

参考文献 326

第三篇 晶体生长技术 333

第9章 熔体法晶体生长（1）—— Bridgman法及其相似方法 333

9.1 Bridgman法晶体生长技术的基本原理 333

9.1.1 Bridgman法晶体生长技术简介 333

9.1.2 Bridgman法晶体生长过程的传热特性 339

9.1.3 Bridgman法晶体生长过程结晶界面控制原理 340

9.2 Bridgman法晶体生长过程的溶质传输及其再分配 342

9.2.1一维平界面晶体生长过程中的溶质再分配 343

9.2.2多元合金及快速结晶条件下的溶质分凝 348

9.2.3实际Bridgman法晶体生长过程中的溶质分凝分析 350

9.3 Bridgman法晶体生长过程的数值分析 355

9.3.1 Bridgman法晶体生长过程数值分析技术的发展 355

9.3.2 Bridgman法晶体生长过程多场耦合的数值模拟方法 356

9.3.3晶体生长过程应力场的数值分析 362

9.4 Bridgman法晶体生长工艺控制技术 364

9.4.1 Bridgman法晶体生长过程的强制对流控制 364

9.4.2 Bridgman法晶体生长过程的电磁控制 373

9.4.3水平Bridgman法及微重力条件下的Bridgman法晶体生长 376

9.4.4高压Bridgman法晶体生长 379

9.4.5其他改进的Bridgman生长方法 381

9.5其他定向结晶的晶体生长方法 385

9.5.1垂直温度梯度法 385

9.5.2区熔-移动加热器法 387

9.5.3浮区法 391

9.5.4溶剂法 398

参考文献 399

第10章 熔体法晶体生长（2）—— Cz法及其他熔体生长方法 411

10.1 Cz法晶体生长的基本原理与控制技术 411

10.1.1 Cz法晶体生长的基本原理 411

10.1.2 Cz法晶体生长过程的控制技术 417

10.2 Cz法晶体生长过程的传热与生长形态控制 425

10.2.1 Cz法晶体生长过程的传热特性 425

10.2.2环境温度和气相传输的影响 428

10.2.3晶体内辐射特性的影响 433

10.2.4晶体旋转与温度的波动 437

10.3电磁控制技术在Cz法晶体生长中的应用 441

10.3.1静磁场控制Cz法晶体生长中的对流 441

10.3.2交变磁场对Cz法晶体生长过程的影响 445

10.3.3电流场和磁场共同作用下的Cz法晶体生长 448

10.4 Cz法晶体生长过程传质特性与成分控制 451

10.4.1多组元熔体Cz法晶体生长过程中的溶质再分配及其宏观偏析 452

10.4.2 Cz法晶体生长过程中熔体与晶体中的成分控制 456

10.5其他熔体法晶体生长的方法 465

10.5.1成形提拉法（导模法） 465

10.5.2泡生法 472

10.5.3火焰熔融生长法 476

参考文献 477

第11章 溶液法晶体生长 486

11.1溶液法晶体生长的基本原理和方法 486

11.1.1溶液的宏观性质 486

11.1.2溶液中溶质的行为及溶剂的选择 489

11.1.3实现溶液中晶体生长的条件及控制参数 492

11.1.4溶液中的晶体生长机理 498

11.2溶液法晶体生长的基本方法 500

11.2.1溶液的配制 500

11.2.2溶液法晶体生长的基本方法与控制原理 501

11.2.3溶液法晶体生长的控制方法 506

11.3溶液法晶体生长过程的传输及其控制 510

11.3.1结晶界面附近的溶质传输特性 510

11.3.2溶液法晶体生长过程的对流传输原理和方法 513

11.3.3溶液法晶体生长过程中对流的控制 516

11.3.4溶液液区移动法晶体生长过程的传质 521

11.4其他溶液晶体生长技术 523

11.4.1高温溶液生长 523

11.4.2助溶剂法 528

11.4.3水热法 534

11.4.4液相电沉积法 537

参考文献 540

第12章 气相晶体生长方法 548

12.1气相生长方法概述 548

12.2物理气相生长技术 551

12.2.1物理气相生长的基本原理 551

12.2.2生长界面的结构与晶体的非平衡性质 553

12.2.3物理气相生长过程中气体分压的控制 559

12.2.4物理气相生长过程中的传输 562

12.3化学气相生长技术 567

12.3.1化学气相生长的特性 567

12.3.2气相分解方法 568

12.3.3气相合成法 570

12.3.4复杂体系气相反应合成 573

12.3.5化学气相输运法 576

12.4其他气相生长方法简介 584

12.4.1气-液-固法 584

12.4.2溅射法晶体生长技术的基本原理 588

12.4.3分子束外延生长技术的基本原理 592

12.4.4 MOCVD生长技术的基本原理 595

参考文献 600

第四篇 晶体缺陷分析与性能表征 613

第13章 晶体缺陷的形成与控制 613

13.1晶体中点缺陷的形成与控制 613

13.1.1点缺陷对晶体性能的影响 613

13.1.2简单晶体中热力学平衡点缺陷浓度的计算 615

13.1.3化合物晶体中平衡点缺陷浓度的热力学计算 617

13.1.4晶体生长过程中点缺陷的形成与控制 626

13.1.5晶体后处理过程中点缺陷的形成与控制 629

13.2成分偏析及其形成原理 632

13.2.1成分偏析的类型及其成因 632

13.2.2多组元晶体中的成分偏析及其对性能的影响 633

13.2.3杂质与掺杂的偏析 638

13.2.4条带状偏析 642

13.2.5胞晶生长引起的成分偏析 644

13.3沉淀相与夹杂的形成 646

13.3.1沉淀与夹杂的类型及其对晶体性能的影响 646

13.3.2液相中夹杂的裹入 651

13.3.3结晶界面附近夹杂的形成 652

13.3.4固相中沉淀相的析出与退火消除 654

13.4位错的形成 655

13.4.1典型晶体中位错的类型及其对晶体性能的影响 655

13.4.2籽晶与异质外延生长引入的位错 658

13.4.3应力与位错的形成 662

13.4.4成分偏析引起的位错 668

13.4.5夹杂引起的位错 670

13.5晶界与相界及其形成原理 673

13.5.1晶界和相界的结构及其对晶体性能的影响 673

13.5.2晶界成分偏析 676

13.5.3晶界扩散 679

13.5.4晶界与相界的形成与控制 681

13.6孪晶与层错的形成 684

13.6.1孪晶与层错的结构和性质 684

13.6.2变形孪晶的形成 685

13.6.3生长孪晶与层错 687

13.6.4退火孪晶与层错 690

13.7晶体的表面特性 691

13.7.1晶体表面的基本性质与清洁表面的获得 691

13.7.2表面原子结构 692

13.7.3表面电子结构的研究 695

13.7.4功函数的研究 696

参考文献 697

第14章 晶体的结构与性能表征 708

14.1晶体性能表征方法概论 708

14.1.1晶体结构、缺陷、组织与成分分析 708

14.1.2晶体物理性能分析 712

14.2晶体组织结构的显微分析 720

14.2.1光学显微分析 720

14.2.2电子显微分析 723

14.2.3原子力显微镜及扫描隧道显微镜分析 724

14.2.4晶体显微分析试样的制备 725

14.3晶体结构的衍射分析 731

14.3.1 X射线衍射分析的基本原理 731

14.3.2电子衍射 733

14.3.3单晶体结构缺陷的衍射分析 735

14.3.4晶体应力应变的衍射分析 740

14.4晶体电学参数的分析 748

14.4.1 I-V和C-V测量 749

14.4.2 van der Pauw-Hall测试 753

14.4.3载流子迁移率和寿命乘积（μτ）的测试 754

14.4.4激光诱导瞬态光电流测试 756

14.4.5介电材料的性能测定 758

14.5晶体光学、磁学及其他物理性能的分析 760

14.5.1晶体的基本光学性质测定 760

14.5.2晶体透射光谱分析 762

14.5.3光致发光 765

14.5.4晶体的Raman散射特性 768

14.5.5晶体的磁学性能 770

14.5.6晶体的磁光性质 772

14.5.7其他物理性能概论 775

参考文献 776