目錄
第二版前言
第一版前言
第一篇 晶體生長的基本原理
第1章 導論 3
1.1 晶體的基本概念 3
1.1.1 晶體的結構特征 3
1.1.2 晶體結構與點陣 4
1.1.3 晶向與晶面 5
1.1.4 晶體的結構缺陷概述 6
1.2 晶體材料 12
1.2.1 常見晶體材料的晶體結構 12
1.2.2 按照功能分類的晶體材料 16
1.3 晶體生長技術的發(fā)展 21
1.4 晶體生長技術基礎及其與其他學科的聯(lián)系 23
參考文獻 25
第2章 晶體生長的熱力學原理 27
2.1 晶體生長過程的物相及其熱力學描述 27
2.1.1 氣體的結構及熱力學描述 27
2.1.2 液體的結構及熱力學描述 30
2.1.3 固體的結構及其熱力學參數(shù) 33
2.1.4 相界面及其熱力學分析 37
2.1.5 晶體生長的熱力學條件 42
2.2 單質晶體生長熱力學原理 44
2.2.1 單質晶體生長過程中的熱力學條件 44
2.2.2 液相及氣相生長的熱力學條件及驅動力 48
2.2.3 固態(tài)再結晶的熱力學條件 50
2.3 二元系的晶體生長熱力學原理 52
2.3.1 二元合金中的化學位 52
2.3.2 液-固界面的平衡與溶質分凝 53
2.3.3 氣-液及氣-固平衡 56
2.4 多組元系晶體生長熱力學分析 58
2.4.1 多元體系的自由能 58
2.4.2 多元系結晶過程的熱力學平衡條件 59
2.4.3 相圖計算技術的應用 60
2.5 化合物晶體生長熱力學原理 63
2.5.1 化合物分解與合成過程的熱力學分析 64
2.5.2 復雜二元及多元化合物體系的簡化處理 67
2.5.3 化合物晶體非化學計量比的成分偏離與晶體結構缺陷 70
2.5.4 熔體中的短程序及締合物 72
2.6 強磁場及高壓環(huán)境對晶體生長熱力學條件的影響 75
2.6.1 強磁場對晶體生長熱力學平衡條件的影響 75
2.6.2 高壓對晶體生長熱力學平衡條件的影響 76
參考文獻 79
第3章 晶體生長過程的形核原理 83
3.1 均質形核理論 83
3.1.1 熔體中的均質形核理論 83
3.1.2 氣相與固相中的均質形核 86
3.1.3 均質形核理論的發(fā)展 87
3.2 異質形核 90
3.2.1 異質形核的基本原理 90
3.2.2 異質外延生長過程中的形核 92
3.3 多元多相合金結晶過程中的形核 94
3.3.1 多組元介質中的形核 94
3.3.2 多相形核過程的分析 98
3.4 特殊條件下的形核問題 101
3.4.1 溶液中的形核 101
3.4.2 電化學形核 103
3.4.3 超臨界液體結晶過程中的形核 103
3.4.4 形核過程的實驗觀察與控制 104
參考文獻 107
第4章 晶體生長的動力學原理 111
4.1 結晶界面的微觀結構 111
4.1.1 結晶界面結構的經典模型 111
4.1.2 界面結構的Monte-Carlo(MC)模擬 116
4.2 結晶界面的原子遷移過程與生長速率 119
4.2.1 結晶界面上原沉積的途徑與過程 119
4.2.2 連續(xù)生長過程的原子沉積動力學 122
4.2.3 結晶界面上的原子擴散 123
4.2.4 結晶界面上原子的二維形核 126
4.2.5 位錯生長 128
4.2.6 化合物晶體生長的界面動力學 129
4.2.7 基于實驗結果的結晶界面動力學過程分析 130
4.3 晶體生長的本征形態(tài) 134
4.3.1 晶體生長形態(tài)的熱力學分析 134
4.3.2 晶體生長形態(tài)的動力學描述 135
參考文獻 145
第5章 實際晶體生長形態(tài)的形成原理 149
5.1 晶體生長驅動力與平面結晶界面的失穩(wěn) 149
5.2 枝晶的形成條件與生長形態(tài) 155
5.3 枝晶陣列的生長 161
5.3.1 Hunt模型 163
5.3.2 Kurz-Fisher模型 164
5.3.3 Lu-Hunt數(shù)值模型 166
5.4 強各向異性晶體強制生長形態(tài) 170
5.5 多相協(xié)同生長 173
5.5.1 亞共晶生長 173
5.5.2 共晶生長 174
5.5.3 偏晶生長 178
5.5.4 包晶生長 179
參考文獻 180
第二篇 晶體生長的技術基礎
第6章 晶體生長過程的傳輸問題 185
6.1 晶體生長過程的傳質原理 185
6.1.1 溶質擴散的基本方程 185
6.1.2 擴散過程的求解條件與分析方法 188
6.1.3 擴散系數(shù)的本質及其處理方法 189
6.1.4 晶體生長過程擴散的特性 191
6.1.5 多組元的協(xié)同擴散 193
6.1.6 外場作用下的擴散 194
6.2 晶體生長過程的傳熱原理 195
6.2.1 晶體生長過程的導熱 195
6.2.2 晶體生長過程的輻射換熱 200
6.2.3 晶體生長過程的對流換熱與界面換熱 203
6.2.4 晶體生長過程溫度場的測控方法與技術 204
6.3 晶體生長過程的液相流動 212
6.3.1 流動的起因與分類 212
6.3.2 流體的黏度 214
6.3.3 流體流動的控制方程 215
6.3.4 流體流動過程的求解條件與分析方法 217
6.3.5 層流與紊流的概念及典型層流過程分析 218
6.3.6 雙擴散對流 220
6.3.7 Marangoni對流 223
參考文獻 224
第7章 晶體生長過程中的化學問題 226
7.1 晶體生長過程相關的化學原理 226
7.1.1 晶體生長過程的化學反應 226
7.1.2 物質的主要化學性質和化學定律 229
7.1.3 化學反應動力學原理 233
7.1.4 化學反應過程的熱效應 237
7.1.5 化學反應的尺寸效應 238
7.1.6 晶體生長過程的其他化學問題 239
7.2 原料的提純 243
7.2.1 氣化-凝結法 244
7.2.2 萃取法 254
7.2.3 電解提純法 260
7.2.4 區(qū)熔法 261
7.3 晶體生長原料的合成原理 263
7.3.1 熔體直接反應合成 263
7.3.2 溶液中的反應合成 265
7.3.3 氣相反應合成 268
7.3.4 固相反應合成 274
7.3.5 自蔓延合成 276
參考文獻 279
第8章 晶體生長過程物理場的作用 282
8.1 晶體生長過程的壓力作用原理 282
8.1.1 重力場中的壓力 282
8.1.2 微重力場的特性與影響 283
8.1.3 超重力場的特性與影響 285
8.1.4 晶體生長過程的高壓技術 287
8.2 晶體生長過程中的應力分析 291
8.2.1 應力場計算的基本方程 292
8.2.2 應力場的分析方法 295
8.2.3 應力作用下的塑性變形 297
8.2.4 薄膜材料中的應力 299
8.3 電場在晶體生長過程中的作用原理 301
8.3.1 材料的電導特性 302
8.3.2 材料的電介質特性 303
8.3.3 晶體生長相關的電學原理 304
8.3.4 電場在晶體生長過程應用的實例 306
8.4 電磁場在晶體生長過程中應用的基本原理 312
8.4.1 電磁效應及磁介質的性質 313
8.4.2 電磁場的作用原理 316
8.4.3 電磁懸浮技術 320
8.4.4 電磁場對對流的控制作用 322
參考文獻 326
第三篇 晶體生長技術
第9章 熔體法晶體生長(1)——Brid-man法及其相似方法 333
9.1 Bridgman法晶體生長技術的基本原理 333
9.1.1 Bridgman法晶體生長技術簡介 333
9.1.2 Bridgman法晶體生長過程的傳熱特性 339
9.1.3 Bridgman法晶體生長過程結晶界面控制原理 340
9.2 Bridgman法晶體生長過程的溶質傳輸及其再分配 342
9.2.1 一維平界面晶體生長過程中的溶質再分配 343
9.2.2 多元合金及快速結晶條件下的溶質分凝 348
9.2.3 實際Bridgman法晶體生長過程中的溶質分凝分析 350
9.3 Bridgman法晶體生長過程的數(shù)值分析 355
9.3.1 Bridgman法晶體生長過程數(shù)值分析技術的發(fā)展 355
9.3.2 Bridgman法晶體生長過程多場耦合的數(shù)值模擬方法 356
9.3.3 晶體生長過程應力場的數(shù)值分析 362
9.4 Bridgman法晶體生長工藝控制技術 364
9.4.1 Bridgman法晶體生長過程的強制對流控制 364
9.4.2 Bridgman法晶體生長過程的電磁控制 373
9.4.3 水平Bridgman法及微重力條件下的Brid-man法晶體生長 376
9.4.4 高壓Bridgman法晶體生長 379
9.4.5 其他改進的Bridgman生長方法 381
9.5 其他定向結晶的晶體生長方法 385
9.5.1 垂直溫度梯度法 385
9.5.2 區(qū)熔-移動加熱器法 387
9.5.3 浮區(qū)法 391
9.5.4 溶劑法 398
參考文獻 399
第10章 熔體法晶體生長(2)——Cz法及其他熔體生長方法 411
10.1 Cz法晶體生長的基本原理與控制技術 411
10.1.1 Cz法晶體生長的基本原理 411
10.1.2 Cz法晶體生長過程的控制技術 417
10.2 Cz法晶體生長過程的傳熱與生長形態(tài)控制 425
10.2.1 Cz法晶體生長過程的傳熱特性 425
10.2.2 環(huán)境溫度和氣相傳輸?shù)挠绊?428
10.2.3 晶體內輻射特性的影響 433
10.2.4 晶體旋轉與溫度的波動 437
10.3 電磁控制技術在Cz法晶體生長中的應用 441
10.3.1 靜磁場控制Cz法晶體生長中的對流 441
10.3.2 交變磁場對Cz法晶體生長過程的影響 445
10.3.3 電流場和磁場共同作用下的Cz法晶體生長 448
10.4 Cz法晶體生長過程傳質特性與成分控制 451
10.4.1 多組元熔體Cz法晶體生長過程中的溶質再分配及其宏觀偏析 452
10.4.2 Cz法晶體生長過程中熔體與晶體中的成分控制 456
10.5 其他熔體法晶體生長的方法 465
10.5.1 成形提拉法(導模法) 465
10.5.2 泡生法 472
10.5.3 火焰熔融生長法 476
參考文獻 477
第11章 溶液法晶體生長 486
11.1 溶液法晶體生長的基本原理和方法 486
11.1.1 溶液的宏觀性質 486
11.1.2 溶液中溶質的行為及溶劑的選擇 489
11.1.3 實現(xiàn)溶液中晶體生長的條件及控制參數(shù) 492
11.1.4 溶液中的晶體生長機理 498
11.2 溶液法晶體生長的基本方法 500
11.2.1 溶液的配制 500
11.2.2 溶液法晶體生長的基本方法與控制原理 501
11.2.3 溶液法晶體生長的控制方法 506
11.3 溶液法晶體生長過程的傳輸及其控制 510
11.3.1 結晶界面附近的溶質傳輸特性 510
11.3.2 溶液法晶體生長過程的對流傳輸原理和方法 513
11.3.3 溶液法晶體生長過程中對流的控制 516
11.3.4 溶液液區(qū)移動法晶體生長過程的傳質 521
11.4 其他溶液晶體生長技術 523
11.4.1 高溫溶液生長 523
11.4.2 助溶劑法 528
11.4.3 水熱法 534
11.4.4 液相電沉積法 537
參考文獻 540
第12章 氣相晶體生長方法 548
12.1 氣相生長方法概述 548
12.2 物理氣相生長技術 551
12.2.1 物理氣相生長的基本原理 551
12.2.2 生長界面的結構與晶體的非平衡性質 553
12.2.3 物理氣相生長過程中氣體分壓的控制 559
12.2.4 物理氣相生長過程中的傳輸 562
12.3 化學氣相生長技術 567
12.3.1 化學氣相生長的特性 567
12.3.2 氣相分解方法 568
12.3.3 氣相合成法 570
12.3.4 復雜體系氣相反應合成 573
12.3.5 化學氣相輸運法 576
12.4 其他氣相生長方法簡介 584
12.4.1 氣-液-固法 584
12.4.2 濺射法晶體生長技術的基本原理 588
12.4.3 分子束外延生長技術的基本原理 592
12.4.4 MOCVD生長技術的基本原理 595
參考文獻 600
第四篇 晶體缺陷分析與性能表征
第13章 晶體缺陷的形成與控制 613
13.1 晶體中點缺陷的形成與控制 613
13.1.1 點缺陷對晶體性能的影響 613
13.1.2 簡單晶體中熱力學平衡點缺陷濃度的計算 615
13.1.3 化合物晶體中平衡點缺陷濃度的熱力學計算 617
13.1.4 晶體生長過程中點缺陷的形成與控制 626
13.1.5 晶體后處理過程中點缺陷的形成與控制 629
13.2 成分偏析及其形成原理 632
13.2.1 成分偏析的類型及其成因 632
13.2.2 多組元晶體中的成分偏析及其對性能的影響 633
13.2.3 雜質與摻雜的偏析 638
13.2.4 條帶狀偏析 642
13.2.5 胞晶生長引起的成分偏析 644
13.3 沉淀相與夾雜的形成 646
13.3.1 沉淀與夾雜的類型及其對晶體性能的影響 646
13.3.2 液相中夾雜的裹入 651
13.3.3 結晶界面附近夾雜的形成 652
13.3.4 固相中沉淀相的析出與退火消除 654
13.4 位錯的形成 655
13.4.1 典型晶體中位錯的類型及其對晶體性能的影響 655
13.4.2 籽晶與異質外延生長引入的位錯 658
13.4.3 應力與位錯的形成 662
13.4.4 成分偏析引起的位錯 668
13.4.5 夾雜引起的位錯 670
13.5 晶界與相界及其形成原理 673
13.5.1 晶界和相界的結構及其對晶體性能的影響 673
13.5.2 晶界成分偏析 676
13.5.3 晶界擴散 679
13.5.4 晶界與相界的形成與控制 681
13.6 孿晶與層錯的形成 684
13.6.1 孿晶與層錯的結構和性質 684
13.6.2 變形孿晶的形成 685
13.6.3 生長孿晶與層錯 687
13.6.4 退火孿晶與層錯 690
13.7 晶體的表面特性 691
13.7.1 晶體表面的基本性質與清潔表面的獲得 691
13.7.2 表面原子結構 692
13.7.3 表面電子結構的研究 695
13.7.4 功函數(shù)的研究 696
參考文獻 697
第14章 晶體的結構與性能表征 708
14.1 晶體性能表征方法概論 708
14.1.1 晶體結構？缺陷？組織與成分分析 708
14.1.2 晶體物理性能分析 712
14.2 晶體組織結構的顯微分析 720
14.2.1 光學顯微分析 720
14.2.2 電子顯微分析 723
14.2.3 原子力顯微鏡及掃描隧道顯微鏡分析 724
14.2.4 晶體顯微分析試樣的制備 725
14.3 晶體結構的衍射分析 731
14.3.1 X射線衍射分析的基本原理 731
14.3.2 電子衍射 733
14.3.3 單晶體結構缺陷的衍射分析 735
14.3.4 晶體應力應變的衍射分析 740
14.4 晶體電學參數(shù)的分析 748
14.4.1 I-V 和C-V 測量 749
14.4.2 van der Pauw-Hall測試 753
14.4.3 載流子遷移率和壽命乘積(μτ)的測試 754
14.4.4 激光誘導瞬態(tài)光電流測試 756
14.4.5 介電材料的性能測定 758
14.5 晶體光學？磁學及其他物理性能的分析 760
14.5.1 晶體的基本光學性質測定 760
14.5.2 晶體透射光譜分析 762
14.5.3 光致發(fā)光 765
14.5.4 晶體的Raman散射特性 768
14.5.5 晶體的磁學性能 770
14.5.6 晶體的磁光性質 772
14.5.7 其他物理性能概論 775
參考文獻 776