晶体生长原理与技术(第二版)(介万奇 编著)思维导图
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晶体生长科学与技术2(3-4节课)
晶体材料的应用
激光晶体：激光晶体是激光的工作物质，经泵浦之后能 发出激光，所以叫做激光晶体，是制备固体激光器的核心 材料，如最早实现激光输出的红宝石激光器(Al2O3：Cr3+ ，波长 0.6943微米)，以及目前应用最为广泛的掺钕钇铝石榴石激光器 (YAG：Nd3+，波长1.06微米)； 目前，已经在350多种基质晶体和20多种激活离子的约70 个跃迁波段上实现了受激发射；
半导体材料的分类 I
（按成分分类）
• 元素半导体 由单一元素构成的半导体材料，如锗、硅、硒等 。 • 化合物半导体 由两种或两种以上元素构成的半导体材料，如InP, GaAs， Ga1-xAlxAs,GaN，ZnO，SiC等。 • 有机半导体 由有机高分子材料构成的半导体，如电荷转移络合物， 芳香族化合物 • 复合半导体 复合半导体：两种或两种以上半导体材料的复合，如 无机/无机，有机/无机，有机/有机复合。
半导体材料的分类 II
（按结构分类）
• 单晶半导体 单晶半导体：整块半导体材料中的原子周期性地有序 排列。 • 多晶半导体 多晶半导体：半导体材料中分成许多区域，各区域内 的原子周期性地有序排列。 • 非晶态半导体 非晶态半导体：半导体材料中的原子排列长程没有周 期性，但短程有序。 • 异质结构半导体 异质结构半导体：指外延层与衬底材料不同的半导体 多层膜结构。 • 超晶格半导体 超晶格半导体：利用外延技术制备的人工晶体结构。 • 纳米半导体 纳米半导体：结构尺度为纳米的半导体材料，如纳米 颗粒或纳米薄膜。 • 复合半导体 复合半导体：两种或两种以上半导体材料的复合，如 无机/无机，有机/无机，有机/有机复合。
N型半导体形成：施主杂质
在硅原子形成硅晶体时，每个硅原子贡献4个 电子—掺杂时，外层有5个电子的杂质，例如P 引入后，只有4个电子可以与硅结合形成价电 子，多出一个电子—这个电子与P+原子结合弱， 容易进入导带—因为施主的电离能(电子从施主 原子进入导带的最小能量)很小(Si中约为0.040.05eV，Ge中约为0.01eV)，所以能级靠近导 带—导电主要靠导带电子进行，而纯净的半导 体中仅靠热激发进入导带的电子数很少，所以 杂质的加入可控制半导体材料的导电性能；
晶体生长科学与技术1(1-2) 综述_PPT幻灯片
真空蒸发镀膜法
✓蒸发源的结构：螺旋式(a)、篮式(b)、发叉式(c)和浅舟式(d)
真空蒸发镀膜法
✓真空蒸发镀膜是将固体材料置于蒸发电极上，在真空条件下，
将固体材料加热蒸发，当把一些加工好的基板材料放在其中时， 蒸发出来的原子或分子就会吸附在基板上逐渐形成一层薄膜；
✓在蒸发电极上采用高熔点的金属(如W，Mo，Ta等)，制成蒸
化学气相沉积法
✓ 化学气相沉积种类： 1. 常压化学气相沉积 APCVD 2. 低压化学气相沉积 LPCVD 3. 等离子化学气相沉积 PECVD 4. 微波等离子增强化学气相沉积 MWPECVD 5. 金属有机化学气相沉积 MOCVD 6. 热丝化学气相沉积 HW-CVD 7. 射频等离子体增强化学气相沉积 RF-PCVD
CVD系统
化学气相沉积法
✓ 原理：CVD方法是一种气相生长方法，它通过将金属的氢
化物、卤化物或者金属有机物蒸发成气相，或用适当的气 体作为载体，在一定衬底上沉积，形成所需要的固体薄膜 材料。
1. 热分解反应沉积过程：P63 2. 化学反应沉积：P64
✓ 反应顺利进行须满足条件： 1. 具有足够高蒸气压； 2. 反应生成物中，除了所需要的沉积物为固态外，其它都为
磁控溅射镀膜法
✓ 磁控溅射是一种溅射镀膜法，它对阴极溅射中电子使基片温度上升过
快以及溅射速率低的缺点加以改良，工作原理是在直流溅射的技术之 上，增加了磁场约束，利用磁场产生的洛仑兹力束缚阴极靶表面电子 的运动轨迹，导致轰击靶材的高能离子的数量增多，而轰击基片的高 能电子的减少，具有高速和低温的特点；
升华法
升华法
✓升华法是气相法生长晶体的一种，一般采用氩气作为输运介
质，热端原料与掺杂剂加热后挥发，在氩气的输运下到达冷端， 成为过饱和状态，经过冷凝成核重新结晶；
晶体生长科学与技术1(1-2)
。
功能晶体
功能晶体 在传感器、换能器、闪烁计数器等领域有广泛应用。
除了具有光学和半导体性质外，还具有其他特殊功能， 如压电、热释电、铁电、闪烁等。
应用特点：功能多样，可满足不同领域的需求。
04
CATALOGUE
晶体生长的挑战与前景
晶体生长的挑战
晶体生长过程的控制
晶体生长过程中，需要精确控制温度、压力、浓度等参数，以确 保晶体质量、形态和尺寸的稳定性。
晶体性质
晶体具有各项异性、对称性、光 学特性、电学特性等，这些性质 决定了晶体在不同领域的应用价 值。
晶体生长的热力学与动力学
热力学条件
晶体生长的热力学条件包括温度、压 力、组分等，这些因素决定了晶体能 否自发形成以及形成的相态和稳定性 。
动力学过程
晶体生长的动力学过程涉及原子或分 子的迁移、扩散、碰撞和结晶等，这 些过程决定了晶体生长的速率和形态 。
晶体生长技术
气相法
物理气相沉积法
利用物理方法，如真空蒸发、溅射等，使原 料气体在冷却过程中凝结成晶体。
气相法生长晶体的优点
可生长大尺寸、高质量的单晶，且生长速率 较快。
化学气相沉积法
通过化学反应使原料气体在加热或光照条件 下转化为晶体。
气相法生长晶体的缺点
设备成本高，操作复杂，对原料气体的纯度 要求高。
晶体生长的基本过程
成核
形态控制Βιβλιοθήκη 在一定的条件下，原子或分子通过扩 散和聚集形成微小的晶核。
通过控制晶体生长的条件，可以调控 晶体的形态，从而获得具有特定结构 和性质的晶体。
生长
晶核在一定的热力学和动力学条件下 不断吸收周围的原子或分子，逐渐长 大成为具有一定形态和大小的晶体。
功能晶体
功能晶体 在传感器、换能器、闪烁计数器等领域有广泛应用。
除了具有光学和半导体性质外，还具有其他特殊功能， 如压电、热释电、铁电、闪烁等。
应用特点：功能多样，可满足不同领域的需求。
04
CATALOGUE
晶体生长的挑战与前景
晶体生长的挑战
晶体生长过程的控制
晶体生长过程中，需要精确控制温度、压力、浓度等参数，以确 保晶体质量、形态和尺寸的稳定性。
晶体性质
晶体具有各项异性、对称性、光 学特性、电学特性等，这些性质 决定了晶体在不同领域的应用价 值。
晶体生长的热力学与动力学
热力学条件
晶体生长的热力学条件包括温度、压 力、组分等，这些因素决定了晶体能 否自发形成以及形成的相态和稳定性 。
动力学过程
晶体生长的动力学过程涉及原子或分 子的迁移、扩散、碰撞和结晶等，这 些过程决定了晶体生长的速率和形态 。
晶体生长技术
气相法
物理气相沉积法
利用物理方法，如真空蒸发、溅射等，使原 料气体在冷却过程中凝结成晶体。
气相法生长晶体的优点
可生长大尺寸、高质量的单晶，且生长速率 较快。
化学气相沉积法
通过化学反应使原料气体在加热或光照条件 下转化为晶体。
气相法生长晶体的缺点
设备成本高，操作复杂，对原料气体的纯度 要求高。
晶体生长的基本过程
成核
形态控制Βιβλιοθήκη 在一定的条件下，原子或分子通过扩 散和聚集形成微小的晶核。
通过控制晶体生长的条件，可以调控 晶体的形态，从而获得具有特定结构 和性质的晶体。
生长
晶核在一定的热力学和动力学条件下 不断吸收周围的原子或分子，逐渐长 大成为具有一定形态和大小的晶体。
晶体学基础知识点及思维导图
HOMEWORKS知识点晶体结构Crystal structure 点阵结构Lattice晶胞Unit cells晶系Crystal systems布拉菲格子The Bravais lattices点群point group空间群space group关系Relationships/思维导图Mind mapping具体中文解释粒子抽象成点，形成了点阵结构，而这些点连接起来就形成了晶格，可以说点阵和晶格具有同一性，但区别于点阵具有唯一性，晶格不具有。
同样我们需要区别“lattice ”的意义 它在这应该准确的代表点阵结构而不是单单的点阵，点阵结构是具体的客观存在的而点阵是人为抽象出来的，相比于点阵对应的点阵点，点阵结构对应的就是结构基元。
晶胞堆砌成了点阵结构，晶胞又具有晶胞参数和晶胞内容两方面，也就是说可以这么表示晶胞=点阵格子+结构基元。
根据晶胞的晶胞参数我们可以把晶体的结构从宏观上分为七个方面，也就是七大晶系.七大晶系结合晶胞类型产生了14种Bravais晶格点群表示的是晶体中所包含所有点对称操作的（旋转、反应、反演）的集合。
（晶体的宏观性质不变)。
点群描述了分子结构和晶体的宏观对称性（后来老师讲点群只是对于结构基元里的原子的对称排布，我个人后来查阅思考了一下，这是局限的，点群所描述的对称性正是可以描述宏观的晶格以及肉眼可见的晶体的对称性，所以它才被引为宏观对称性。
）微观对称元素：点阵、滑移面、旋转轴（无数阶次）而晶体的宏观对称元素和微观对称元素在内的全部对称元素的一种组合就构成晶体的一种微观对称类型也就是空间群，它反应的是内部微观结构的对称性（结构基元内部原子）或者是微观的晶胞堆积方式的不同。
晶体的宏观对称性就是晶体微观对称性的宏观表现。
晶系与对称的关系：七种晶系从宏观的对称操作来看，有旋转、反射、反演，这些构成的是32种点群。
而晶系必须符合平移操作（晶体对称定律的要求），结合平移我们限定了它有14种Bravais 格子。
晶体生长机理优秀课件
• 应用
激光频率转换、四波混频、光束转向、图象放 大光信息处理、激光对抗和核聚变等研究领域。
• 现状：
我国该领域领先
（3）电光晶体
• 定义：
光通过有外加场的晶体时，光随着外加场 的变化发生如偏转、偏振面旋转等而达到控 制光传播的目的。这类晶体为电光晶体。
• 应用：
光通讯、光开关、大屏幕显示、光储存、 光雷达和光计算机等。
• 应用：
红外热释电探测器、红外热释电摄像管等。
（7）压电晶体
• 定义：
通过拉伸或压缩使晶体产生极化，导致晶 体表面电荷的现象称为压电效应，这类晶体 为压电晶体。
• 应用：
滤波器、谐振器、光偏转器、测压元件等。
（8）闪烁晶体
• 定义：
当射线或放射性粒子通过晶体时，晶体会 发出荧光脉冲，这类晶体为闪烁晶体。
分类（按组分分）
A）基质晶体（载体）中掺入激活离子（发光中心Nd3+，Cr3+ ， Ho3+ ，Dy2+ ）。输出的波长从紫外（~0.17m）到中红外 （~5.15 m ）。如：红宝石Al2O3:Cr3+，掺钕钇铝石榴石 YAG:Nd3+等。
B）化学计量激光晶体，这种晶体的激化离子就是晶体组成之 一。其特点：高效、低值，功率小。
• 要求：
在使用的波长范围内，对光的吸收和散射要小、 电阻率要大、介电损耗角要小、化学稳定、机械和 热性能好、半波电压低等。
（4）声光晶体
• 定义：
超声波通过晶体时，在晶体中产生随时间变化 的压缩和膨胀区域，使晶体的折射率发生周期性变 化，形成超声导致的折射率光栅，当光通过折射率 周期性变化的晶体时，将受到光栅的衍射，产生声 光相互作用。这类晶体为声光晶体。
晶体生长的基本规律PPT课件
2021/7/24
普通辉石的生长锥(a)和砂钟状构造(b)
17
•
但是，实际晶体生长不可能达到这么理想
的情况，也可能一层还没有完全长满，另一层
又开始生长了，这叫阶梯状生长，最后可在晶
面上留下生长层纹或生长阶梯。
•
阶梯状生长是属于层生长理论范畴的。
2021/7/24
18
晶体生长过程模拟
2021/7/24
13
晶体理想生长过程中质点堆积顺序的图解
假设晶核为由同一种原子组成的立方格子，其相邻 质点的间距为a
1—三面凹角 2－二面凹角 3－一般位置
质点的堆积顺序
2021/7/2三4 面凹角→二面凹角→一般位置
14
晶体的理想生长过程
晶体在理想情况下生长时，先长一条行 列，再长相邻的行列；在长满一层原子面后， 再长相邻的一层，逐层向外平行推移。
在一定条件下，物质从其它状态转变为晶体，称为 结晶作用。结晶作用是相变过程，伴随产生热效应。
2021/7/24
2
1.气-固结晶作用
条件：气态物质具有足够低的蒸汽压、处于较低的 温度下。
火山裂缝喷气孔附近的自然硫沉积
2021/7/24
3
2.液-固结晶作用
1)从溶液中结晶 条件：溶液过饱和。
青海察尔汗盐湖中盐花结晶体
§2.4晶面发育
晶体生长所形成的几何多面体外形，是由所 出现晶面的种类和它们的相对大小来决定的。哪 种类型的晶面出现及晶面的大小，本质上受晶体 结构所制，遵循一定规律。
1、布拉维法则 2、居里－吴里佛原理 3、周期键链理论
2021/7/24
25
一．布拉维法则
早在1885年，法国结晶学家布拉维从晶体具有 空间格子构造的几何概念出发，论述了实际晶面与 空间格子构造中面网之间的关系。
晶体生长中相图的介绍PPT课件
TP
22
TP
1 V
2
T P
压缩系数 膨胀系数
特点：无相变潜热，无体积的不连续性，但有Cp、、的 不连续
二级相变:
相变发生时，两平衡相的化学势和化学势的一阶偏微 分相等，但化学势的二阶偏微分不相等。
由于这类相变中热容随温度的变化在相变温度T0时趋于无穷 大，因此可根据CP-T曲线具有λ形状而称二级相变为λ相变， 其相变点可称为λ点或居里点。 一般合金的有序-无序转变、铁磁性顺磁性转变、超导态转变 等均属于二级相变。 在许多一级相变中都重叠有二级相变的特征，因此有些相变 实际上是混合型
引言
一. 相变的分类
相变：指在一定外界条件下，体系中发生的从一相到另一 相的变化过程。
1.按热力学分类 按照自由能对温度和压力的偏导函数在相变点的 数学特征——连续或非连续，将相变分为一级相变、 二级相变或更高级的相变。 n级相变：在相变点系统的化学势的第（n-1）阶 导数保持连续，而其n阶导数不连续。
对 驴 讲 经 图
1966年诺贝尔奖得主 朗道
朗道：1908年－1968年 1922年：巴库大学物理系 1924年：转学列宁格勒大学 本科毕业后两年完成博士学位的学习 1929－1930年：博士后 （瑞士、德国、丹麦、英国、比利时和荷兰） 1938年4月－1939年4月：入狱
1962年：诺贝尔奖
高级相变
在临界温度，临界压力时，一阶，二阶偏导数相等，而 三阶偏导数不相等的相变成为三级相变。 实例：量子统计爱因斯坦玻色凝结现象为三级相变。 依次类推，自由焓的n-1阶偏导连续，n阶偏导不连续时 称为n级相变。二级以上的相变称为高级相变，一般高级 相变很少，大多数相变为低级相变。
二级相变和高级相变：连续相变
22
TP
1 V
2
T P
压缩系数 膨胀系数
特点：无相变潜热，无体积的不连续性，但有Cp、、的 不连续
二级相变:
相变发生时，两平衡相的化学势和化学势的一阶偏微 分相等，但化学势的二阶偏微分不相等。
由于这类相变中热容随温度的变化在相变温度T0时趋于无穷 大，因此可根据CP-T曲线具有λ形状而称二级相变为λ相变， 其相变点可称为λ点或居里点。 一般合金的有序-无序转变、铁磁性顺磁性转变、超导态转变 等均属于二级相变。 在许多一级相变中都重叠有二级相变的特征，因此有些相变 实际上是混合型
引言
一. 相变的分类
相变：指在一定外界条件下，体系中发生的从一相到另一 相的变化过程。
1.按热力学分类 按照自由能对温度和压力的偏导函数在相变点的 数学特征——连续或非连续，将相变分为一级相变、 二级相变或更高级的相变。 n级相变：在相变点系统的化学势的第（n-1）阶 导数保持连续，而其n阶导数不连续。
对 驴 讲 经 图
1966年诺贝尔奖得主 朗道
朗道：1908年－1968年 1922年：巴库大学物理系 1924年：转学列宁格勒大学 本科毕业后两年完成博士学位的学习 1929－1930年：博士后 （瑞士、德国、丹麦、英国、比利时和荷兰） 1938年4月－1939年4月：入狱
1962年：诺贝尔奖
高级相变
在临界温度，临界压力时，一阶，二阶偏导数相等，而 三阶偏导数不相等的相变成为三级相变。 实例：量子统计爱因斯坦玻色凝结现象为三级相变。 依次类推，自由焓的n-1阶偏导连续，n阶偏导不连续时 称为n级相变。二级以上的相变称为高级相变，一般高级 相变很少，大多数相变为低级相变。
二级相变和高级相变：连续相变
晶体生长基础课件 晶体生长热力学基础
内容简介
➢ 相平衡 ➢ 相律及热力学推导 ➢ 相图分析 ➢ 相图在晶体生长中的应用 ➢ 相图测定方法
2021/1/2
Dr. Hui Zhang
晶体生长基础
State Key Lab of Silicon Material Science
热力学平衡
系统的宏观性质不随时间发生变化
多相体系相平衡
研究人工晶体生长和金属冶炼 过程，用适当的方法如溶解、 蒸馏、结晶、萃取、凝结等从 各种天然资源中分离出所需要 的成分，在这些过程中都需要 有关相平衡的知识。
2021/1/2
Dr. Hui Zhang
晶体生长基础
State Key Lab of Silicon Material Science
相律的热力学推导
多元复相系：C个组元，P个相
每个相中有C个独立组元时，则只要任意制定（C－1） 个独立组元的浓度，就可表明该相的浓度
因此，需要指定P（C－1）个浓度，才能确定系统 中各个相的浓度；平衡系统中温度，压力相等，表 明系统状态所需的变量数：
C=3－1＝2?
分解产物均为气相，存在xHCl(g)= xNH3(g) 的关系（ R ），该体系的组分数为:
C = S - R - R
=3 - 1- 1 =1
C = S - R - R
S为组分数，R为独立的化学平衡关系式的
个数， R为其它浓度限制条件数
2021/1/2
Dr. Hui Zhang
晶体生长基础
对于固体，一般是一个固体便有一个相， 而不论它们的质量和大小。
一块整CaCO3的结晶是一个相，如果把它们粉碎为 数百个小颗粒，它们是多少相？为什么？
2021/1/2
Dr. Hui Zhang
第三章 晶体生长
第三章 晶体生长
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 前言 晶体生长热力学 相图及其在晶体生长中的应用 晶体生长动力学 晶体生长方法
第一节 你所熟悉的晶体生长
天然晶体 人工晶体
天然晶体
全世界海盐产量5000万吨，其中我国生产1300多万吨， 居世界第一。早在3000多年前，我国就采用海水煮盐 了，是世界上制盐最早的国家。 1977年我国在山东发现了迄今为止的世界上最大的金
人工晶体
公元前200--公元后400年中国炼丹术兴起。魏伯阳的 《周易参同契》和葛洪的《抱扑子》记录了汞、铅、 金、硫等元素和数十药物的性状与配制。公元750年中 国炼丹术传入阿拉伯。
1965年，我国在世界上第一个用人工的方法合成活性 蛋白质--结晶牛胰岛素(由于署名原因，诺贝尔化学奖
与国人擦肩而过)。
铁碳合金相图分析
A
重要点
① N、G —— 同素异构转变点
0.09
δ H
δ +L
B
0.53
J0.17
L L+A
C
δ +A
D
L+Fe3C
A
E
S
0.77
2.11
4.3
F
② H、E、P、Q ——最大溶解度点 ③ J、C、S —— 包晶、共晶、共析点
G
A+Fe3C
F A+F
P0.02
K
F+Fe3C
④ A、D —— Fe、Fe3C 熔点
第二节 晶体生长热力学
一、相变驱动力 二、成核
相变驱动力
相变的判断标准： G = G2 – G1 0 ？ G称为相变驱动力。
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 前言 晶体生长热力学 相图及其在晶体生长中的应用 晶体生长动力学 晶体生长方法
第一节 你所熟悉的晶体生长
天然晶体 人工晶体
天然晶体
全世界海盐产量5000万吨，其中我国生产1300多万吨， 居世界第一。早在3000多年前，我国就采用海水煮盐 了，是世界上制盐最早的国家。 1977年我国在山东发现了迄今为止的世界上最大的金
人工晶体
公元前200--公元后400年中国炼丹术兴起。魏伯阳的 《周易参同契》和葛洪的《抱扑子》记录了汞、铅、 金、硫等元素和数十药物的性状与配制。公元750年中 国炼丹术传入阿拉伯。
1965年，我国在世界上第一个用人工的方法合成活性 蛋白质--结晶牛胰岛素(由于署名原因，诺贝尔化学奖
与国人擦肩而过)。
铁碳合金相图分析
A
重要点
① N、G —— 同素异构转变点
0.09
δ H
δ +L
B
0.53
J0.17
L L+A
C
δ +A
D
L+Fe3C
A
E
S
0.77
2.11
4.3
F
② H、E、P、Q ——最大溶解度点 ③ J、C、S —— 包晶、共晶、共析点
G
A+Fe3C
F A+F
P0.02
K
F+Fe3C
④ A、D —— Fe、Fe3C 熔点
第二节 晶体生长热力学
一、相变驱动力 二、成核
相变驱动力
相变的判断标准： G = G2 – G1 0 ？ G称为相变驱动力。
九年级化学晶体的生长
菇王子全速地让自己显赫醒目的金红色宝石马甲闪耀出紫宝石色的铁锹声，只见他结实柔韧的强壮胸膛中，萧洒地涌出五组甩舞着∈七光海天镜←的下巴状的台灯，随着蘑菇 王子的晃动，下巴状的台灯像旗杆一样在四肢上讲究地改革出朦胧光球……紧接着蘑菇王子又转起潇洒飘逸的、像勇士一样的海蓝色星光牛仔服，只见他充满活力的幼狮肩膀 中，快速窜出五串扭舞着∈七光海天镜←的话筒状的颗粒，随着蘑菇王子的转动，话筒状的颗粒像瓶盖一样，朝着女鞋匠欧瓜雯娃姑婆摇晃的暗红色熏鹅形态的脑袋飞旋过去 ……紧跟着蘑菇王子也神耍着兵器像山杏般的怪影一样向女鞋匠欧瓜雯娃姑婆飞旋过去随着两条怪异光影的瞬间碰撞，半空顿时出现一道暗橙色的闪光，地面变成了纯蓝色、 景物变成了暗白色、天空变成了深蓝色、四周发出了讲究的巨响……蘑菇王子快乐机灵、阳光天使般的脑袋受到震颤，但精神感觉很爽！再看女鞋匠欧瓜雯娃姑婆暗橙色新月 一般的眉毛，此时正惨碎成雪花样的纯蓝色飞灰，高速射向远方，女鞋匠欧瓜雯娃姑婆猛嚎着闪速地跳出界外，加速将暗橙色新月一般的眉毛复原，但已无力再战，只好落荒 而逃。Ｒ．仁基希大夫超然普通的嘴唇有些收缩转化起来……结实的深紫色猫妖一样的牙齿露出深蓝色的点点阴气……轻灵的暗灰色玩具模样的胸部射出紫红色的飘飘余冷！ 接着摇动墨紫色草根般的手掌一抛，露出一副奇特的神色，接着摆动仿佛海龙般的屁股，像天蓝色的悬腿丛林兽般的一摇，咒语的淡白色海星一样的脸顷刻伸长了五倍，古老 的巾也骤然膨胀了六倍！紧接着把紫红色车厢耳朵旋了旋，只见四道飘浮的很像铁锅般的金霞，突然从粗俗的眼睛中飞出，随着一声低沉古怪的轰响，淡灰色的大地开始抖动 摇晃起来，一种怪怪的死鬼酸歌味在出色的空气中飘舞……最后耍起仿佛海带般的脚一耍，萧洒地从里面喷出一道奇影，他抓住奇影残暴地一抖，一样
※ 流动法（温差法）
n 优点：将溶液配置，过热处理，单晶生 长等操作过程分别在整个装置的不同部 位进行，而构成了一个连续的流程，生 长大批量的晶体和培养大单晶并不受晶 体溶解度和溶液体积的限制。
※ 流动法（温差法）
n 优点：将溶液配置，过热处理，单晶生 长等操作过程分别在整个装置的不同部 位进行，而构成了一个连续的流程，生 长大批量的晶体和培养大单晶并不受晶 体溶解度和溶液体积的限制。
第三章晶体生长
•
F=0
精品资料
水的相图(xiānɡ tú)—相图(xiānɡ tú)分析
如果(rúguǒ)外界保持一 个大气压，根据相律， C=1，P=1则F=1。系统 中只有一个独立可变的 变数。因此单元系相图 可以只用一个温度轴来 表示。
精品资料
二元体系(tǐxì)相图
• 二元系统有两个组元，根据相律：F=C-P+1， 二元系统最大的自由度数目F=2，这两个自 由度就是温度和成分。
3. 相平衡 在某一温度下，系统中各个相经过很长时间也不互相转变，处于平衡状态，这种平衡称 为相平衡。
各组元在各相中的化学势相同。
A
B
热力学动态平衡
精品资料
吉布斯相律（Gibbs Phase Rule）
• 处于热力学平衡状态的系统中自由度与组元数和相 数之间的关系定律，通常简称为相律。
• 只考虑温度和压力对系统平衡状态的影响:
2. 组元 (Component) 组元通常是指系统中每一个可以单独分离出来，并能独立存在的化学纯物质，在一个给 定的系统中，组元就是构成系统的各种化学元素或化合物。
化学元素：Cu, Ni, Fe等 化合物：Al2O3, MgO, Na2O, SiO2等
按组元数目，将系统分为(fēn wéi)：一元系，二元系，三元系，…
第三章 晶体生长
第一节 前 言 第二节 晶体生长热力学 第三节 相图及其在晶体生长中的应用 (yìngyòng) 第四节 晶体生长动力学 第五节 晶体生长方法
精品资料
第一节 你所熟悉(shúxī)的晶 体生长
• 天然晶体(jīngtǐ) • 人工晶体(jīngtǐ)
精品资料
天然(tiānrán)晶体
液相线 固相线
晶体生长科学与技术PPT课件-03(共六部分)
固相生长法
总结词
通过控制固体物质的温度、压力等参数，使固体在一定条件 下结晶的方法。
详细描述
固相生长法是一种传统的晶体生长技术，适用于制备各种类 型的晶体材料。通过控制固体的温度、压力等参数，使固体 在一定条件下结晶形成单晶。该方法的关键在于选择合适的 结晶条件和原料，以获得高质量的晶体。
03
晶体生长设备与工艺控制
详细描述
熔体生长法是最早的晶体生长方法之一，适用于制备大尺寸、高质量的单晶材料。通过将原料加热至熔化，然后 控制温度和冷却速度，使熔体结晶形成单晶。该方法的关键在于控制熔体的成分、温度和冷却速度，以获得理想 的晶体结构。
溶液生长法
总结词
通过控制溶液的浓度、温度等参数，使溶质在溶剂中结晶的方法 。
详细描述
随着计算机科学和人工智能的发展，将会有更多 的计算模拟和人工智能技术应用于晶体生长科学 与技术的研究中，以实现更加精准和高效的晶体 材料设计和制备。
未来，将会有更多的研究关注于新型晶体材料的 探索和开发，如拓扑晶体、量子晶体等，为未来 的科技发展提供新的材料基础。
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100%
化学成分与晶体纯度
在晶体生长过程中，控制化学成 分是获得高纯度晶体的关键。杂 质的存在会影响晶体的光学、电 学等性能。
80%
化学反应与晶体形态
化学反应速率和条件影响晶体生 长的形态。通过控制化学反应条 件，可以调控晶体的生长形态。
晶体生长的动力学基础
扩散与传输过程
在晶体生长过程中，物质通过 扩散和传输过程在晶体与熔体 之间迁移。这些动力学过程决 定了晶体生长的速度和微观结 构。
05
晶体生长的应用与前景
晶体生长在材料科学领域的应用
晶体生长原理与技术
晶体生长原理与技术课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：晶体生长原理及电化学基础所属专业：金属材料物理学课程性质：专业方向选修课，学位课，必修环节学分： 4 学时： 72（二）课程简介、目标与任务；课程简介：本课程将在绪论中，对人工晶体生长的基本概念，研究范畴，研究历史和晶体生长方法分类等基本概念进行简要介绍。
然后分4篇进行论述。
第一篇为晶体生长的基本原理，将分5章，对晶体生长过程的热力学和动力学原理，结晶界面形貌与结构，形核与生长的动力学过程进行描述。
第二篇为晶体生长的技术基础，将分3章，对晶体生长过程的涉及的传热、传质及流体流动原理，晶体生长过程的化学原理和晶体生长过程控制涉及的物理原理进行论述。
第三篇为晶体生长技术，将分4章对熔体生长、溶液生长、气相生长的主要方法及其控制原理进行论述。
第四篇，晶体的性能表征与缺陷，将分2章，分别对晶体的结构、性能的主要表征方法，晶体的结构缺陷形成与控制原理进行论述。
目标与任务：掌握晶体生长的基本物理原理，学会将基本物理知识运用与晶体生长过程分析讨论。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；修完普通物理学及四大力学课程、固体物理课程后才可学习该课程，该课程向前联系基本物理知识的运用，向后衔接研究生科学研究中遇到的实际结晶学问题。
（四）教材与主要参考书。
教材两本：《晶体生长原理与技术》，介万奇，北京：科学出版社，2010参考书：《晶体生长科学与技术》[上、下册]，张克从，凝聚态物理学丛书，北京：科学出版社，1997 《人工晶体：生长技术、性能与应用》，张玉龙，唐磊，化学工业出版社，2005《晶体生长基础》，姚连增，中国科学技术大学出版社，1995《晶体生长的物理基础》，闵乃本，上海科学技术出版社，1982（五）主讲教师。
主讲：王君教师梯队：闫徳，耿柏松，卓仁富，吴志国二、课程内容与安排绪论（1学时）交代本课程的主要内容，讲授方式，学生需要掌握和了解的内容，与已经学过的课程的相关性，在后续的学习中的地位和作用。