晶体生长理论发展现状
2023年晶体生长行业市场分析现状
2023年晶体生长行业市场分析现状晶体生长是一种重要的材料制备技术，广泛应用于半导体、光电子、光学、微纳电子等领域。
随着信息技术的迅猛发展，对晶体生长的需求不断增加，晶体生长行业也得到了快速发展。
首先，晶体生长行业的市场规模逐年扩大。
晶体生长技术被广泛应用于半导体材料制备，如硅、砷化镓、碳化硅等。
随着电子产品的普及和大规模生产，对半导体材料的需求不断增加，推动了晶体生长行业的快速发展。
根据市场调研数据显示，晶体生长市场规模从2015年的200亿元增长到2020年的350亿元，年均增长率达到了10%以上。
其次，晶体生长行业的技术水平不断提高。
晶体生长技术是一项复杂的工艺，需要控制温度、溶液浓度、晶体生长速度等多个参数。
近年来，随着材料科学、化学工程等学科的迅猛发展，晶体生长行业的技术水平不断提高。
新型晶体生长材料的研发成功，提高了生长晶体的质量和纯度，使晶体生长行业更加受到市场的认可。
再次，晶体生长行业的应用领域不断扩大。
除了传统的半导体、光电子、光学等领域，晶体生长技术在医疗器械、化学工程、能源等领域也有广泛应用。
例如，晶体生长技术在医疗领域用于制备人工晶体和药物晶体，提高了医疗器械的性能和疗效；在化学工程领域用于制备纯净的化学品，满足了工业生产对高纯度材料的需求；在能源领域用于制备太阳能电池材料，提高了太阳能电池的能量转化效率。
这些应用领域的不断扩大，为晶体生长行业提供了更广阔的市场空间。
最后，晶体生长行业的发展还面临一些挑战。
首先是材料成本的不断增加。
晶体生长材料的制备成本较高，包括原材料成本、设备成本、能源成本等。
随着资源的有限性和环境保护要求的提高，晶体生长行业的成本压力也日益增加。
其次是市场竞争的加剧。
随着晶体生长行业的发展，市场竞争也越来越激烈。
国内外企业纷纷进入该行业，市场竞争进一步加剧，晶体生长行业需要不断提升技术水平和创新能力，才能取得竞争优势。
综上所述，晶体生长行业市场目前处于快速发展阶段。
蛋白质晶体生长的研究与应用
蛋白质晶体生长的研究与应用第一章绪论蛋白质是生物体重要的组成部分，在细胞代谢、信号转导、免疫防御、结构支持等方面发挥着重要的作用。
蛋白质的结晶是进行结构研究和开发药物的必要步骤。
然而，由于蛋白质分子的高度异质性和复杂性，导致蛋白质结晶具有极大的难度。
近年来，人们在蛋白质结晶领域取得了许多重要的进展，如共晶法、热梯度法、微重力晶体生长等，在蛋白质晶体生长方面也取得了一些有意义的成果。
本文主要介绍当前蛋白质晶体生长的研究现状及应用情况。
第二章蛋白质晶体生长的研究现状2.1 经典晶体生长理论经典晶体生长理论认为晶体的生长是通过离子或分子的扩散在晶体表面聚集形成的。
在蛋白质晶体生长过程中，由于蛋白质分子的复杂性和大小不一，使得在晶体生长过程中容易出现缺陷和不规则。
2.2 共晶法共晶法是在低温下，将不同温度下熔点的两种物质按照一定比例混合，在适当的温度下混合并快速冷却，从而使得两种物质在共相结晶的过程中形成晶体。
2.3 热梯度法热梯度法是将蛋白溶液置于适当的容器中，在高温部分生成超饱和蛋白质溶液，随后将容器温度逐渐降低，使得溶液温度逐渐降低，从而促进晶体的生长。
2.4 微重力晶体生长在微重力环境中晶体的生长性质与地球上晶体生长性质不同，微重力可以减轻对晶体的扰动，使得晶体生长更加完整和规则，是最新的一种被广泛研究的蛋白质结晶方法。
第三章蛋白质晶体生长的应用随着晶体学技术的不断发展和晶体分析技术的不断完善，蛋白质结晶分析在药物开发和生物技术研究中的应用得到了广泛的认可和应用。
3.1 药物开发药物的开发需要具备高效性和安全性，而药物分子的晶体结构是药物研究的起点。
通过研究蛋白质的晶体结构，人们可以通过计算机模拟等方法，设计出具有特殊药效的分子，帮助药物研究人员在开发新药时更加迅速、高效地进行药物筛选。
3.2 生物技术蛋白质分子是生命体系最重要的组成部分，通过研究蛋白质晶体结构，人们可以更好地解析分子的功能和特性，从而提升生物技术发展的速度和质量。
【浙江大学 晶体生长基础】Lecture 1 晶体生长简介
2020/11/3
压电晶体：通过压缩或拉伸使晶体极化，导致晶体表面荷电 的现象称为压电效应。具有这种性质的晶体则称为压电晶体。
压电晶体主要用于制作滤波器、谐振器、光偏转器、声 表面波换能器、各种测压元件等。 声纳、雷达
常用的压电晶体有：SiO2、NH4H2PO4、KH2PO4、 铌酸锂、钽酸锂等。
Y
Y
-
+
-
T1
-
+
+
T1
+
_
2020/11/3
X
+
+
-
-
+
_
X 酒石酸钾钠晶体
半导体晶体：是一类具有特殊导电性能的功能材料，电 阻率处于导体电阻率（10－5欧厘米以下）和绝缘体电 阻率（ 1010欧厘米以上）之间的晶体材料。半导体的 电阻率对其杂质含量、环境温度以及光照等外界条件有 非常高的灵敏度－与其特殊的电子能带结构有关。
大尺寸钨酸铅晶体 高能物理探测器
2020/11/3
磷酸钛氧钾
(KTP ）
钛酸钡单晶系列
压电和铁电领域内的一种优 秀的无铅环保型单晶材料
硼酸铯锂（CLBO） 非线性光学器件、紫外
倍频晶体
非线性光学晶 体、红外倍频 器
人工晶体的地位和作用
• 电子材料
绝大部分是人工晶体 硅单晶——集成电路的基础，电子工业的“粮食” GaAlN、AlGaAsP——RF材料 水晶——压电、光学材料（水热法合成人工水晶3000t/年）
• 《人工晶体——生长技术、性能与应用》，张玉龙 唐磊 主编， 化学工业出版社 （2005）
晶体生长与溶液结晶技术
晶体生长与溶液结晶技术晶体，是指在固体物质中，原子、离子或者分子以规则的排列方式组成的周期性结构。
晶体的研究与应用领域十分广泛，涉及材料科学、化学、物理学等不同学科。
而晶体生长和溶液结晶技术，是晶体领域中的重要研究方向之一。
本文将探讨晶体生长的原理、溶液结晶技术的应用以及相关发展。
一、晶体生长的原理晶体生长是指在固体物质中形成晶体结构的过程。
它的基本原理是溶质物种从溶液或气体中聚集，逐渐形成晶核，并通过在晶核周围的晶体表面上的晶体生长点生长，最终形成完整的晶体。
晶体生长过程中，涉及到溶解、扩散、吸附、聚集等一系列物理化学过程。
其中，影响晶体生长最关键的因素包括温度、浓度、pH值、溶剂、晶种等。
晶体生长的机制主要有两种，即溶液生长和气相生长。
溶液生长是指晶体从溶液中生长的过程，常见的溶液生长机制包括溶解度控制、扩散控制和界面控制；而气相生长则是指晶体从气体相中生长的过程，常见的气相生长机制包括气固界面热扩散和气相反应。
二、溶液结晶技术的应用溶液结晶技术是指利用溶液中物质的溶解度等特性，通过控制溶液条件、结晶条件等，实现晶体的生长和结晶。
溶液结晶技术在制备晶体材料、纯化物质等方面有着广泛的应用。
1. 制备晶体材料溶液结晶技术在制备晶体材料中具有重要意义。
通过调节溶液中的温度、浓度、pH值等条件，可以控制晶体的生长速率和晶体的尺寸、形态等。
利用溶液结晶技术，可以制备各种晶体材料，如金属晶体、半导体晶体、无机晶体等。
2. 纯化物质溶液结晶技术在纯化物质中也起到关键作用。
利用溶液结晶技术，可以将溶液中的杂质分离出来，获得较纯的物质。
例如，通过溶液结晶技术可以制备高纯度的盐类、化合物等。
3. 药物制剂溶液结晶技术在制备药物晶体方面具有广泛应用。
通过调节药物溶液中的条件，可以控制晶体的生长速率和晶型，从而调控药物的溶解度、稳定性和生物利用度。
这对于药物研发和制剂具有重要意义。
三、晶体生长与溶液结晶技术的发展随着科技的不断进步，晶体生长与溶液结晶技术也在不断发展。
材料科学中的晶体生长和晶体缺陷理论
材料科学中的晶体生长和晶体缺陷理论晶体生长与晶体缺陷理论在材料科学领域具有重要的地位，对于材料性能的研究和改善都有着深远的影响。
在本文中，我们将从晶体生长和晶体缺陷两方面对这一领域进行探讨。
晶体是一种具有有序排列的原子或离子组成的晶体固体，具有高度的对称性和空间结构性。
晶体生长指的是在一定条件下，材料中的原子或分子按照特定的方式排列形成晶体的过程。
晶体生长的过程通常分为三个阶段：核心形成、晶体发育和晶体定向。
其中，核心形成是晶体生长的起点，当溶液中存在足够稳定的固体相时，会促使溶液中的溶质进行结晶形成固体颗粒。
这些颗粒叫做晶粒，在固体颗粒表面上会形成新的原子或分子吸附下来，从而实现晶体的生长。
晶体发育是晶体生长的关键过程，晶体生长的方式是由界面和物质之间的相互作用来决定的。
而晶体定向是晶体生长的最后阶段，当晶体的晶面定向达到一定程度后，晶体就可以沿着这个方向快速生长。
晶体缺陷是指在晶体生长过程中出现的原子或离子的缺失、杂质原子的掺入或晶体结构的偏差等问题，它对于晶体的性能和质量有着重要影响。
晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷是指晶体中原子或离子的缺失或替代，它对于晶体的化学性质和导电性等产生了显著影响。
线缺陷是指晶体中原子或离子的不连续性，它常常用于晶体生长的控制和调节。
面缺陷是指晶体层面上的错误或曲率，它对于晶体的生长及其后续的应用有重要的影响。
晶体生长和晶体缺陷的研究具有重要的意义，可以通过控制生长条件和晶体缺陷类型来调节材料的结构和性能，从而实现材料的精确设计和制造。
近年来，随着先进制造技术的快速发展，晶体生长和晶体缺陷的研究已经成为材料科学领域的热点领域之一。
总的来说，晶体生长和晶体缺陷理论是材料科学非常重要的研究方向，它们对于材料的性质和质量的控制与提升都有着重要的影响。
随着科学技术的不断进步和发展，晶体生长和晶体缺陷理论将继续成为热门研究方向，为材料科技和科学研究的发展做出更大贡献。
浅析第三代半导体材料SiC晶体生长设备技术及进展
浅析第三代半导体材料 SiC晶体生长设备技术及进展摘要：第三代半导体设备技术，是半导体发展历程中的重要技术，也是当前技术发展的支撑。
本文通过浅析第三代半导体材料，对其晶体生长方式进行分析，探究SiC晶体设备构成。
结合国内外进展情况，为国内SiC晶体设备技术发展提供更科学的技术，意在国内也能研制出更加成熟的生长设备。
保证第三代半导体在更多领域得到科学应用，提升半导体材料的商业价值。
关键词：第三代半导体材料；SiC晶；生长设备技术引言：半导体产业发展历经三代发展，从初代到第三代，发展使用的材料也发生变化。
从原本的硅材料，发展碳化硅。
经过一系列的发展和产业化集成，碳化硅也成为当前半导体制造的重要材料。
相较于半导体以往的材料，碳化硅SiC作为晶体材料有着导热率高、抗辐射等优质性能。
在相关产业有着广泛应用，能够推动新一代移动通信、电网等行业发展，为其提供良好的支撑，是当前优质的信息、能源发展新材料。
一、碳化硅SiC晶体概述碳化硅化学式SiC，也是半导体产业生产制造不可或缺的材料。
对于半导体产业而言，芯片是其发展的重要基石。
而制作芯片需要使用到的核心材料，从以往的硅发展到碳化硅。
碳化硅以自身优质的性能，成为未来应用最广泛的基础材料。
SiC的性质分为物理与化学性质，其中物理性质使得SiC能够达到可以切割宝石的硬度。
并且热导率超过金属铜、GaAs等材料数倍。
SiC自身的热稳定性能较高，常规压力下无法将其熔化[1]。
并且SiC有着极好的散热性，对于功率较大的器件应用有着重要作用；SiC的化学性质能够使其具备强大的抗腐蚀性，常规已知的腐蚀剂无法对SiC产生影响。
SiC表面容易氧化并生成二氧化硅，对SiC产生保护。
只有温度高于1700°C时，这层氧化膜才会出现氧化反应。
SiC的穿电场强度高于Si一个数量级，SiC晶片是经过一系列处理的重要材料，对于半导体芯片制造而言是重要的基础材料。
将其作为半导体衬底材料，能够推动半导体产业更好发展。
计算晶体学的研究现状和展望
计算晶体学的研究现状和展望晶体学是物理学的分支学科，研究矿物、晶体的形态、结构、性质及其形成、结晶、变性、分解等现象。
晶体学的发展历程长，早在18世纪初期，欧拉、泊松等人对于晶体结构和成长原理进行了探讨，随后由魏尔斯特拉斯等人详述了晶体学的基本原理。
随着计算机技术的迅速发展，计算晶体学成为一个快速发展的领域，为晶体学的研究提供了新的方法和手段。
下面，本文将对计算晶体学的研究现状和展望作出分析和评估。
一、计算晶体学的研究现状计算晶体学的研究内容较为广泛，主要包括晶体结构的测定和研究、晶体性质的计算和模拟、晶体结构与生长机理的关系等方面。
下面主要从三个方面对计算晶体学的研究现状进行描述。
（一）晶体结构的测定和研究晶体学的基础是对晶体结构的认识和研究。
传统的晶体结构测定方法主要有X射线衍射和中子衍射技术，这些方法在精度和准确度方面得到全面确认，但是需要大量的时间和精力。
计算晶体学的发展使得晶体结构的测定和研究变得更加高效，结构模拟和计算能够快速地生成晶体模型，并从中推导出晶体结构的各种性质及其相互关系。
例如，基于密度泛函理论（DFT）的计算方法可以用来计算晶体结构的电子结构、能量等相关性质，从而预测新型材料及其特性，为材料科学和工程带来了新的思路和方法。
（二）晶体性质的计算和模拟晶体物理性质与其原子、分子之间的相互作用有关，因此计算晶体学可通过理论模拟等方法计算这些性质。
以垂直方向来看，可对晶体密度、原子/分子间的化学键强度等进行分析;而在垂直方向探究时，则可对电学性质、热学性质的计算和预测等方面进行研究。
与此同时，计算化学方法还可以用于模拟吸附媒体、催化剂和催化反应路径关键节点等研究。
这些理论计算分子模拟化学意义十分深远，尤其举足轻重的一种计算方法为量子化学计算方法。
同时，在这一领域细节所体现的精度是十分高的，能够做到很多实验技术难以比拟的准确度。
（三）晶体结构与生长机理的关系生长机理是研究晶体的形成和生长过程的相关理论和方法。
ZnSe晶体生长技术的发展现状
ZnSe晶体生长技术的发展现状本文简述了ZnSe晶体的溶液生长法、熔体生长法、气相输运法等制备方法以及ZnSe晶体研究现状和发展趋势，分析了这些制备方法的优缺点并详述了ZnSe晶体的生长过程和工艺参數的设置，对获得高质量的ZnSe晶体具有十分重要的指导意义。
标签：ZnSe晶体；熔体生长法；气相输运法1 引言ZnSe具有较高的发光效率以及较低的吸收系数，是一种很好的发光材料。
它具有直接跃迁型能带结构，在室温下其禁带宽度为2.67eV，当温度降至4.2K 时其禁带宽度可达2.828eV。
透光范围随温度变化较小，一般在0.5μm～22μm范围内。
近年来，广泛应用于蓝光半导体激光器件、非线性光热器件和红外器件等领域[1-3]。
因此。
制备高性能ZnSe晶体成为目前一项主要研究任务。
近些年来，制备ZnSe晶体的方法有很多种，如Bridgman法、区熔法、水热法、化学气相输运法（CVT）、物理气相输运法（PVT ）。
国内外专家学者不断改进这些方法和工艺，努力制备出高质量的ZnSe晶体。
2 ZnSe晶体的制备方法2.1 溶液生长法从溶液中生长晶体的主要方法是水热法，其又称为高温溶液法，其中包括温差法、降温法、升温法及等温法。
目前主要采用温差水热结晶，依靠容器内的溶液维持温差对流形成饱和状态[4，5]。
2.2 熔体生长法ZnSe是淡黄色的面心立方闪锌矿型结构。
常压下1000℃左右升华，约在9.8MPa高压的惰性保护气氛下熔点为1515℃。
由于其在常压下升华，只有在高压高温条件下才能得到ZnSe熔体，其一般通过使用电阻加热方式获得高温。
主要包括布里奇曼法和区熔生长。
（1）布里奇曼法该法是一种常用的晶体生长方法。
首先将用于晶体生长用的材料装在圆柱型的坩埚中，然后缓慢地下降，并通过一个具有一定温度梯度的加热炉，炉温控制在略高于材料的熔点附近。
（2）区熔生长区熔法又称Fz法，即悬浮区熔法。
区熔法是利用热能在半导体棒料的一端产生一熔区，再熔接晶体籽晶。
晶体生长ppt
晶体缺陷与晶体的物理性质之间存在密切关系。例如，位错 密度越高，材料的强度和韧性越差；空位浓度越高，材料的 导电性越差等。通过对晶体缺陷的控制和优化，可以改善材 料的性能。
03
晶体生长的化学基础
化学键与晶体结构
共价键
01
共价键是原子间通过共享电子对而形成的强相互作用力，它决
定了晶体的结构和化学性质。
固相生长是指通过固态物质之间的反应或扩散过 程，形成新的固态晶体的过程，包括机械研磨法 、热压烧结法等。
晶体生长的应用
1
晶体生长在材料科学和物理学领域具有广泛的 应用价值，如制备高性能材料、制造光学器件 、制备半导体材料等。
2
在能源领域，晶体生长技术也被广泛应用于太 阳能电池、燃料电池等新能源器件的制造过程 中。
04
晶体生长方法
气相生长法
物理气相沉积法
包括真空蒸发、激光烧蚀等，通过 在真空中蒸发原料，使原料原子或 分子沉积在基底表面形成晶体。
化学气相沉积法
通过化学反应的方式，使用气体原 料在基底表面形成晶体。
气相生长法的优点
可以生长出高质量、大尺寸的单晶 ，同时具有高沉积速率。
气相生长法的缺点
需要高真空设备，生产成本较高， 且生长速度较慢。
3
同时，晶体生长技术还可以应用于生物医学领 域，如制备生物材料、药物传递等。
02
晶体生长的物理基础
晶体的结构与性质
晶体结构
晶体具有格子构造，原子或分子在空间中按照一定的规律重复排列。不同的 晶体结构具有不同的物理性质，如硬度、导电性、光学特性等。
晶体对称性
晶体具有对称性，即晶体的形状和内部结构可以在空间中重复出现。这种对 称性也影响了晶体的物理性质。
非线性光学晶体的生长与性能的研究
非线性光学晶体的生长与性能的研究随着科学技术的不断发展，新型材料的出现和应用也日渐广泛。
其中，非线性光学晶体就是一种应用广泛的新型材料。
非线性光学晶体具有很好的光学性质，可以通过改变其结构来调节其性能。
而其生长又是研究非线性光学晶体的重要一环。
今天，我们就来一起了解一下非线性光学晶体的生长与性能的研究。
一、非线性光学晶体的基本特性非线性光学晶体是一种可用于光学相关应用的单晶材料。
它们可以通过分子极化而产生电偶极矩，当光束冲击到这些分子时，它们会发生偏转，并且会分出两个互相垂直的极化光成分。
这些光成分不仅会发生偏转，还会发生相位变化，从而产生非线性效应。
非线性光学晶体的非线性光学系数非常大，比普通材料高几百倍甚至上千倍。
同时，它们还具有很好的稳定性，可以在很宽的温度和波长范围内有效工作。
二、非线性光学晶体的生长非线性光学晶体的生长是研究非线性光学晶体的重要方面。
它的主要目的是在稳定的条件下获得具有良好光学性能的单晶。
1.生长方法生长非线性光学晶体的方法有很多种，包括平衡溶液法、水热合成法、浸润法、熔融法等。
其中，平衡溶液法是目前最常用的一种方法，它可以保证得到高质量的晶体，并且可以精确地控制晶体生长的方向和形状。
2.晶体生长的控制晶体的生长过程中，应该注意控制生长速度、温度、流速、溶液浓度等因素，以便得到具有稳定性和良好光学性能的单晶。
此外，非线性光学晶体的杂质多样，杂质的存在会对晶体的生长和性能产生不同程度的影响。
因此，在晶体的生长过程中还应该注意去除多余杂质。
三、非线性光学晶体的应用非线性光学晶体在现代光学技术中有着广泛的应用。
例如，在激光技术中，非线性光学晶体可以用于倍频、混频、差频和和/差频等方式的频率转换；在通信技术中，它可以用于调制、解调和开关；在光学信息存储技术中，它可以用于超高密度光学信息存储等。
四、非线性光学晶体的发展趋势非线性光学晶体具有广泛的应用前景，随着技术的不断进步，它的性能也在不断提升。
微电子材料—晶体生长基本理论与技术
天然盐湖卤水蒸发
珍珠岩
5
3. 由固相变为固相：
同质多相转变，某种晶体在热力学条件改变的时候， 转变为另一种在新条件下稳定的晶体；
原矿物晶粒逐渐变大，如由细粒方解石组成的石灰 岩与岩浆接触时，受热再结晶成为由粗粒方解石组 成的大理岩；
细粒方解石
大理岩
6
3. 由固相变为固相：
固溶体分解，一定温度下固溶体可以分离成为几 种独立矿物；
19
气相中的均匀成核
晶胚有两种发展趋势： 1）继续长大，形成稳定的晶核； 2）重新拆散，分开为单个分子。
20
液相中的均匀成核
晶体熔化后的液态结构是长程无序的； 在短程范围内却存在着不稳定的接近于有序
的原子集团； 它们此消彼长，出现结构起伏或叫相起伏。
21
液相中的均匀成核
当温度降到结晶温度时，这些原子集团就可 能成为均匀成核的“胚芽”，称为晶胚。
17
晶核的形成
非均匀成核：若新相优先在旧相某些区域中 存在的异质处成核，即依附于液相中的杂质 或外来表面成核。
18
气相中的均匀成核
在气-固相体系中，气体分子不停的做无规则的 运动；
能量高的气子发生碰撞后再弹开，这种碰撞类似 于弹性碰撞；
某些能量低的分子，可能在碰撞后连接在一起， 形成几个分子(多为2个)组成的“小集团”，称为 “晶胚”。
22
经典成核理论
经典成核理论是基于热力学的分析，基本思 想是把成核视为过饱和蒸汽或溶质的凝聚；
设两个分子碰撞形成晶胚，从分子到晶胚的 变化看成一个体系。
23
经典成核理论
体系吉布斯自由能的改变包括：
1、气相转变为晶胚(固相)，体积减小，体积自由能 减少，设体积自由能改变为△GV。 2、晶胚的生成，会形成一个固-气界面，需要一定 的表面能，其改变为△GS。
晶体生长理论发展现状
晶体生长理论发展现状晶体生长理论发展现状人造晶体是一种重要的材料，随着科技的进步，合成手段不断的发展，晶体在精密光学仪器，激光武器，甚至日常生活等方面扮演越来越重要的角色。
近些年来，基础学科（如物理学，化学）和制备技术的不断进步，晶体生长理论的研究无论是研究手段、研究对象，还是研究层次都得到了很快的发展，已经成为一门独立的学科。
晶体生长理论在经历了Bravais法则、负离子配位多面体生长基元模型等理论后日趋发展完善。
但近些年来的研究，特别是对空心晶体的研究显示了晶体生长理论新的迹象。
周午纵等提出的逆向晶体生长理论不仅完善了晶体生长的理论，同时也为我们更好地认识空心晶体，研究制备晶体提供了新的途径。
传统晶体生长理论传统晶体生长理论认为，晶体的形成是由晶体的成核和生长两个过程组成。
完美的多面体外形是以晶核为中心逐渐长大形成的，经历基元的形成、基元在生长界面上的吸附、基元在界面的运动和基元在界面上结晶和脱附等过程。
传统晶体生长理论自开始研究，主要经历了以下5个阶段：1.晶体平衡形态理论：主要包括布拉维法则（Law of Bravais）、Curie-Wulff 生长定律、BFDH法则(或称为Donnay-Harker原理)以及Frank运动学理论等。
晶体平衡形态理论从晶体内部结构、应用结晶学和热力学的基本原理来探讨晶体的生长，注重于晶体的宏观和热力学条件。
以晶体平衡形态理论解释晶体生长形态--晶面的发育。
但它们共同的局限性是：没有考虑外部因素（环境相和生长条件）变化对晶体生长的影响，无法解释晶体生长形态的多样性。
2.界面生长理论：主要有完整光滑界面模型、非完整光滑界面模型、粗糙界面模型、弥散界面模型、粗糙化相变理论等理论或模型。
界面生长理论重点讨论晶体与环境的界面形态在晶体生长过程中的作用。
以界面生长理论解释晶核长大的动力学模型。
现有的界面结构模型有以下局限性：晶体结构过于简单；没有考虑环境相（溶液、熔体或气体）的结构；在界面上吸附的基元限定为单个原子。
我国晶体学研究现状
我国晶体学研究现状
晶体学是研究晶体的结构、性质、合成和应用的一门学科。
自20世纪以来，我国在晶体学领域取得了长足的发展。
我国的晶体学研究机构主要有中科院物理所、北京大学、复旦大学、南开大学等。
近年来，我国在晶体生长与制备、晶体学理论与计算、晶体材料性质与应用等方面取得了不少重要进展。
晶体生长与制备方面，我国的研究重点主要集中在半导体材料和功能晶体的研制上。
例如，我国研究人员成功地制备了高品质的氮化镓晶体，这种晶体具有优异的光电性能，可以应用于高速电子器件和紫外光电探测器等领域。
在晶体学理论与计算方面，我国研究人员提出了许多新的理论模型和算法。
例如，基于第一性原理计算的密度泛函理论在我国得到了广泛的应用，可以帮助研究人员理解晶体的结构与性质。
晶体材料性质与应用方面，我国的研究主要集中在光电子材料、功能材料和生物医学材料等领域。
例如，我国研究人员成功地制备了一种新型的聚合物发光晶体材料，这种材料具有高发光效率和优异的稳定性，可以应用于LED显示屏等领域。
总体来看，我国的晶体学研究不断发展壮大，不仅在理论研究方面取得了重要进展，而且在晶体材料的制备和应用上也有不少亮点。
随着我国科技水平的不断提高，相信晶体学研究将为我国的科技创新和经济发展带来更多的机遇和挑战。
- 1 -。
晶体生长理论综述
综述晶体生长理论的发展现状1 前言晶体生长理论是用以阐明晶体生长这一物理化学过程。
形成晶体的母相可以是气相、液相或固相；母相可以是单一组元的纯材料，也可以是包含其他组元的溶液或化合物。
生长过程可以在自然界中实现，如冰雪的结晶和矿石的形成；也可以在人工控制的条件下实现，如各种技术单晶体的培育和化学工业中的结晶等。
近几十年来，随着基础学科（如物理学、化学）和制备技术的不断进步，晶体生长理论研究无论是研究手段、研究对象，还是研究层次都得到了很快的发展，已经成为一门独立的分支学科。
它从最初的晶体结构和生长形态研究、经典的热力学分析发展到在原子分子层次上研究生长界面和附加区域熔体结构，质、热输运和界面反应问题，形成了许多理论或理论模型。
当然，由于晶体生长技术和方法的多样性和生长过程的复杂性，目前晶体生长理论研究与晶体生长实践仍有相当的距离，人们对晶体生长过程的理解有待于进一步的深化。
可以预言，未来晶体生长理论研究必将有更大的发展[1]。
2 晶体生长理论的综述自从1669年丹麦学者斯蒂诺（N.Steno）开始晶体生长理论的启蒙工作以来[2] ，晶体生长理论研究获得了很大的发展，形成了包括晶体成核理论、输运理论、界面稳定性理论、晶体平衡形态理论、界面结构理论、界面动力学理论和负离子配位多面体模型的体系。
这些理论在某些晶体生长实践中得到了应用，起了一定的指导作用。
本文主要对晶体平衡形态理论、界面生长理论、PBC 理论、晶体逆向生长等理论作简要的介绍。
2.1 晶体平衡形态理论晶体具有特定的生长习性，即晶体生长外形表现为一定几何形状的凸多面体，为了解释这些现象，晶体生长理论研究者从晶体内部结构和热力学分析出发，先后提出了Bravais法则、Gibbs-Wulff晶体生长定律、Frank运动学理论。
2.1.1Bravais 法则早在1866年，A.Bravais首先从晶体的面网密度出发，提出了晶体的最终外形应为面网密度最大的晶面所包围，晶面的法线方向生长速率R 反比于面间距，生长速率快的晶面族在晶体最终形态中消失[3]。
我国晶体学研究现状
我国晶体学研究现状
作为一个人工晶体的制造和应用的领域，晶体学在我国的发展历史悠久。
早在20世纪30年代，中国就开始开展晶体学的基础研究工作。
1956年，中国科学院成立了物理化学研究所晶体物理实验室，这标志着我国晶体学研究进入了新的发展阶段。
60年代末期，随着半导体电子学等新技术的进入，我国的晶体学研究开始迅速发展。
目前，我国晶体学研究在多个领域都取得了积极的进展，具体如下：
1.晶体制备技术领域。
我国在晶体制备领域的研究十分活跃，涵盖了单晶生长、薄膜生长、微纳米晶体制备等多个方面。
单晶生长方面，我国已经掌握了许多先进的技术，包括Czochralski法、Bridgman-Stockbarger法、Kyropoulos法等。
在薄膜生长方面，我国也已经有了自己的技术路线和发展方向。
2.晶体结构和性质研究领域。
我国在晶体结构和性质研究方面已经取得了多项重要成果，包括了晶体结构分析、晶体缺陷研究、硬质材料研究等。
这些研究成果对于晶体的应用具有重要的意义。
3.晶体应用领域。
晶体的各种应用广泛分布于电子学、光学、能源科技、医学等多个领域。
我国在晶体应用领域也取得了许多成果，例如LED发光二极管、激光器、太阳能电池、X射线探测等。
总体来说，我国在晶体学研究方面仍然有很大的发展空间和挑战。
今后需要进一步加强人才队伍建设，加快科技创新和国际合作，为晶体学的发展注入新的动力。
蓝宝石晶体主要生长方法和研究现状
1 蓝宝石晶体的特质蓝宝石晶体是一种理想的晶体材料，具有良好的导热性、透光性、化学稳定性，且耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度，被广泛应用于抗高压器件、耐磨损器件、红外制导、导弹整流罩等太空、军事、科研等高科技领域[1]。
由于天然蓝宝石稀少，成本高以及化学成分不纯，因而不能被工业材料广泛使用，工业上大量应用的蓝宝石是人工合成。
本文对蓝宝石晶体的主要生长方法作了较详细介绍，综述了国内外的一些研究成果并讨论了目前存在的问题。
2 蓝宝石晶体主要生长方法2.1 坩埚下降法（VGF ）坩埚下降法的基本原理如图1所示，其生长过程为：将晶体生长的原料装入坩埚内，使其通过具有单向温度梯度的生长炉（温度上高下低），随着坩埚逐渐向下的连续运动，固液界面沿着与其运动相反的方向定向生长，熔体自下而上凝固，从而实现晶体生长过程的连续性。
坩埚形状对于是否能成功获得优质的单晶具有决定性的作用，通过设计合适的坩埚尖端形状，使得只有一个晶粒长大，终止其他晶粒的生长，以成功获得单晶，也可以在坩埚底部放置加工成一定形状和取向的籽晶，以实现单晶生长。
采用坩埚下降法生长出的晶体内应力及位错密度大，但由于坩埚密封，晶体不易被污染，纯度较高。
2.2 热交换法（HEM）热交换法应用于蓝宝石晶体生长最早在1970年，由Schmid 和Viechnicki 提出[2]。
美国Crystal Systems 公司的S.Frederick 等人[3]将热交换法用于蓝宝石晶体生长已有30多年的历史。
目前热交换法所生长的晶体直径可达430mm [4]。
热交换法的长晶原理为：在电阻加热炉底部装有热交换器，内有冷却氦气流过。
装有原料的坩埚置于热交换器的上方，籽晶放于坩埚底部中心处。
当坩埚里面的原料被加热熔化后，籽晶由于底部热交换器的冷却作用并未熔化，此时加大氦气流量，从熔体中带走的热量增加，籽晶逐渐长大，最后使坩埚内的熔体全部结晶。
生长过程中，固液界面处的温度梯度是晶体生长的驱动力，熔体的温度可通过调节石墨加热器的功率来改变，而晶体的热量可以调节通过氦气的流量带走。
直拉法单晶硅生长技术的现状
直拉法单晶硅生长技术的现状摘要综述了制造集成电路（IC）用直拉硅单晶生长的现状与发展。
对大直径生长用磁场拉晶技术，硅片中缺陷的控制与利用（缺陷工程），大直径硅中新型原生空位型缺陷，硅外延片与SOI片，太阳电池级硅单和大直径直拉硅生长的计算机模拟，硅熔体与物性研究等进行了论述。
关键词：直拉硅单晶；扩散控制；等效微重力；空洞型缺陷；光电子转换效率；硅熔体结构一、光伏产业的发展趋势，及对硅材料的前景要求，直拉法单晶硅生长技术是现在主流生长技术之一光伏产业，是一种利用太阳能电池直接把光能转换为电能的环保型新能源产业。
由于从太阳光能转换成电能的光电转换装置，是利用半导体器件的“光生伏打效应”原理进行光电转换的，因此把与太阳能发电系统构成链条关系的产业称为光伏产业。
光伏产业的链条，包括：硅矿-硅矿石（石英砂）-工业硅（也称金属硅）-多晶硅、单晶硅-晶圆或多晶硅切片-太阳能电池-组件-发电系统。
工业硅的纯度，一般为98-99.99%；太阳能级硅的纯度，一般要求在6N级即99.9999%以上。
与其他常规能源相比，光伏发电具有明显的优越性：一是高度的清洁性，发电过程中无损耗、无废物、无废气、无噪音、无毒害、无污染，不会导致“温室效应”和全球性气候变化；二是绝对的安全性，利用太阳能发电，对人、动物、植物无任何伤害或损害；三是普遍的实用性，不需开采和运输，使用方便，凡是有太阳照射的地方就能实现光伏发电，可广泛用于通信。
交通、海事、军事等各个领域，上至航天器，下至家用电器，大到兆瓦级电站，小到玩具，都能运行光伏发电；四是资源的充足性，太阳能是一种取之不尽用之不竭的自然能源。
据计算，仅一秒钟发出的能量就相当于1.3亿亿吨标准煤燃烧时所放出的热量。
而到达地球表面的太阳能，大约相当于目前全世界所有发电能力总和的20万倍。
地球每天接收的太阳能，相当于全球一年所消耗的总能量的200倍。
人类只要利用太阳每天光照的5%，就可以解决和满足全球所需能源。
我国蓝宝石晶体生长技术的现状与发展趋势
作者简介： 李留臣（ 1963-） ，男，河南省人，博士，高级工程师。E-mail： llctl@ sina． com
222
人工晶体学报
第 41 卷
明了焰熔法、提拉法、下降法、导模法、泡生法和热交换法等多种生长方法。目前我国主流的蓝宝石晶体生长 工艺是焰熔法、提拉法、泡生法、导模法、下降法及热交换法，每种方法都有各自的特点，对各种方法的进一步 研究，能够更好地推动我国蓝宝石晶体的规模化生产。
垂直水平温度梯度法是在垂直温度梯度法的基础 上发展起来的。如图 7 所示。该方法采用电阻加热，使 长方形坩埚的原料熔化，通过底部的热量传导板使热场
形成自下而上的温度梯度的同时也形成由中间至两端
的温度梯度，使得晶体从坩埚底部不断向上、向两端同
时生长从而形成完整单晶体，该技术的热场设计及温度
梯度控制应十分精确。由于该技术在晶体生长过程中
2． 2 提拉法 Czochralski（ CZ）
该方法的创始人是 Czochralski，于 1918 年发表该技术的学术论文，简称 CZ 法。 该方法是熔体生长最常用的方法之一，也是较早发明的晶体生长方法。很多重要的实用晶体是用这种 方法制备的，早期的蓝宝石晶体生长主要以提拉法进行生长。 提拉法的基本情形如图 2 所示。将多晶原料装在坩埚中，并被加热到原料的熔点以上将坩埚内的原料 熔化，在坩埚的上方有一根可以旋转和升降的提拉杆，杆的下端装有籽晶［2］。降低提拉杆，使籽晶插入熔体
1引 言
蓝宝石晶体作为一种具有优异光学性能、机械性能和化学稳定性的功能材料，具有强度高、硬度大、耐高 温、抗腐蚀等诸多优点，被广泛的应用于军事、航空航天、激光技术、高档日用品等领域。另外、蓝宝石又作为 一种重要的技术晶体，以其独特的晶格结构，良好的物理化学性质成为 LED 发光二极管半导体照明、大规模 集成电路 SOI 、SOS 及超导纳米结构薄膜等最理想衬底材料［1］。特别是近几年，随着世界各国特别是我国政 府对 LED 照明技术推广应用的重视，有力地推动了蓝宝石生长技大，也使得蓝宝石晶体的研究与生产成为目前最具发展活力的产业之一。
金属有机骨架材料晶体生长控制和构效关系研究现状综述
金属有机骨架材料晶体生长控制和构效关系研究现状综述概述金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）是一类由金属离子或群与有机配体通过配位键连接而形成的稳定结构材料。
MOFs具有高度可调控性和多样性，其晶体结构可以根据所选用的金属离子、有机配体以及合成条件等因素进行精确的调控。
因此，MOFs在气体储存、催化剂、分离纯化等领域呈现出巨大的应用潜力。
本综述将探讨金属有机骨架材料晶体生长控制和构效关系的研究现状，以期为MOFs材料的设计和合成提供有益的指导。
晶体生长控制金属有机骨架材料的晶体生长过程涉及金属离子、有机配体的配位反应和晶体核心的形成。
晶体生长过程中的控制方法包括溶液中的温度、pH值、金属离子与有机配体的孕育比例、添加剂的引入等。
在溶液的温度控制方面，高温有时能够加速晶体生长过程，但同时也容易导致晶体的形态不规则。
低温下生长的晶体往往形态均一，但生长速度较慢。
因此，在MOFs晶体的生长中，温度是一个需要权衡的关键因素。
调节溶液的pH值，可以对晶体形态进行有效控制。
较高的pH值有利于生长长棒状或片状的晶体结构，而较低的pH值则有利于生长球形或片状的晶体结构。
金属离子与有机配体的孕育比例对因果生长也起到重要的影响。
合理选择金属离子与有机配体的孕育比例，可以控制晶体的尺寸、形态以及孔隙结构等。
添加剂的引入也是一种常见的晶体生长控制方法。
添加剂对晶体生长的影响机理复杂，可以通过调节晶体表面的架构和溶液中的化学平衡来改变晶体生长的速率和形态。
构效关系研究金属有机骨架材料的构效关系指的是材料的结构特征与其性能之间的联系。
在MOFs的构效关系研究中，常见的性能如表面积、孔隙度、吸附性能、催化性能等。
首先，MOFs的结构特征对其表面积和孔隙度有着直接的影响。
通过合理设计金属离子、有机配体以及空间构型等因素，可以实现MOFs的高表面积和良好的孔隙结构。
这些特征使MOFs具备了优秀的吸附能力和高效的分离性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
晶体生长理论发展现状
人造晶体是一种重要的材料，随着科技的进步，合成手段不断的发展，晶体在精密光学仪器，激光武器，甚至日常生活等方面扮演越来越重要的角色。
近些年来，基础学科（如物理学，化学）和制备技术的不断进步，晶体生长理论的研究无论是研究手段、研究对象，还是研究层次都得到了很快的发展，已经成为一门独立的学科。
晶体生长理论在经历了Bravais法则、负离子配位多面体生长基元模型等理论后日趋发展完善。
但近些年来的研究，特别是对空心晶体的研究显示了晶体生长理论新的迹象。
周午纵等提出的逆向晶体生长理论不仅完善了晶体生长的理论，同时也为我们更好地认识空心晶体，研究制备晶体提供了新的途径。
传统晶体生长理论
传统晶体生长理论认为，晶体的形成是由晶体的成核和生长两个过程组成。
完美的多面体外形是以晶核为中心逐渐长大形成的，经历基元的形成、基元在生长界面上的吸附、基元在界面的运动和基元在界面上结晶和脱附等过程。
传统晶体生长理论自开始研究，主要经历了以下5个阶段：
1.晶体平衡形态理论：主要包括布拉维法则（Law of Bravais）、Curie-Wulff 生长定律、BFDH法则(或称为Donnay-Harker原理)以及Frank运动学理论等。
晶体平衡形态理论从晶体内部结构、应用结晶学和热力学的基本原理来探讨晶体的生长，注重于晶体的宏观和热力学条件。
以晶体平衡形态理论解释晶体生长形态--晶面的发育。
但它们共同的局限性是：没有考虑外部因素（环境相和生长条件）变化对晶体生长的影响，无法解释晶体生长形态的多样性。
2.界面生长理论：主要有完整光滑界面模型、非完整光滑界面模型、粗糙界面模型、弥散界面模型、粗糙化相变理论等理论或模型。
界面生长理论重点讨论晶体与环境的界面形态在晶体生长过程中的作用。
以界面生长理论解释晶核长大的动力学模型。
现有的界面结构模型有以下局限性：晶体结构过于简单；没有考虑环境相（溶液、熔体或气体）的结构；在界面上吸附的基元限定为单个原子。
3.PBC（周期键链）理论：1952年，P．Hartman、W．G．Perdok提出，把晶体划分为三种界面：F面、K面和S面。
BC理论主要考虑了晶体的内部结构——周期性键链，而没有考虑环境相对于晶体生长的影响。
对于环境相结构效应的忽
视；用平衡态热力学和统计热力学解释非平衡态的晶体生长过程成为它实际应用中最大的局限性。
4.负离子配位多面体生长基元模型：1994年由仲维卓、华素坤提出，将晶体的生长形态、晶体内部结构和晶体生长条件及缺陷作为统一体加以研究，考虑的晶体生长影响因素全面，能很好地解释了一些晶体（BaTiO4，ZnO，SiO等）的生长习性。
但该模型还处在定性描述阶段，要发展为一个完整的晶体生长理论，尚有很多工作要做，如溶液、熔体结构的研究、生长基元在界面的叠合过程以及生长形态的定量计算。
5.界面相理论模型：2001年，高大伟、李国华认为，晶体在生长过程中，位于晶体相和环境相之间的界面相可划分：界面层、吸附层和过渡层；界面相对晶体生长起着重要作用。
这些理论的发展与完善主要体现在：从宏观到微观，从经验统计分析到定性预测，从考虑单一的晶体相到考虑晶体相和环境相虽然日趋完善但仍然存在一些局限性（不能有效地知道晶体生长，环境相发生改变时不能很好地预测晶体形态等），所以晶体生长的定量化，并综合考虑晶体和环境相，以及微观与宏观之间的相互关系是今后晶体生长理论的发展方向。
逆向晶体生长理论
人们在晶体制备过程中发现一些沸石晶体具有特殊的空心单晶结构。
按照传统的晶体生长理论，无法解释具有完美多面体单晶外壳即内部为空心的晶体生长机理。
为此人们提出了逆向晶体生长理论。
逆向晶体生长认为在晶体生长的初期, 小颗粒的聚集过程和单独生长之间处于竞争状态. 当颗粒(纳米晶体或前驱体分子)较小, 而晶体生长速度相对较慢时, 聚集可能成为主导过程. 由于聚集体起初是无序的, 它们倾向于在合成溶液中形成球形颗粒. 因为颗粒表面区域与溶液接触, 比聚集体的内部活性更高, 它的表面可能首先晶化. 当晶化延伸到聚集体的整个表面, 颗粒会呈现出一种有着薄薄的晶化外壳和无序内核的核壳结构. 结晶过程便从表面延伸到核心, 获得单晶. 这就是所谓的逆向晶体生长路径.假设单晶壳可以完全覆盖颗粒表面, 透过外壳的物质运输会变得非常困难. 当低密度无序内核转化为高密度的晶体时, 在每个颗粒中很可能形成孔洞. 因此,许多空心晶体可能就是逆向晶体生长路径的结果。