晶体的长大机制

晶体的长大机制

界面微观结构不同长大机制不同：

界面的微观结构不同，则其接纳液相中迁移过来的原子的能力也不同，因此在晶体长大时将有不同的机制。

()一二维晶核长大机制

光滑界面为什么只能是二维晶核长大：

当固液界面为光滑界面时，若液相原子单个的扩散迀移到界面上是很难形成稳定状态的，这是由于它所带来的表面能的增加，远大于其体积自甶能的降低。在这种情况下，晶体的长大只能依靠所谓的二维晶核方式

二维晶核长大机制：

●即依靠液相中的结构起伏和能量起伏，使一定大小的原子集团差不多同时降

落到光滑界面上，形成具有一个原子厚度并且有一定宽度的平面原子集团，如图2-20所示

●根据热力学的分析，这个原子集团带来的体积自由能的降低必须大于其表面

能的增加，它才能在光滑界面上形成稳定状态。

θ时的非均匀形核一样，形成了一个大于临界半径的晶●它好像是润湿角0

=

核。这种晶核即为二维晶核。

●二维晶核形成后，它的四周就出现了台阶，后迁移来的液相原子一个个填充

到这些台阶处，这样所增加的表面能较小。

●直到整个界面铺满一层原子后，便又变成了光滑界面，而后又需要新的二维

晶核的形成，否则成长即告中断

二维晶核长大速度：

晶体以这种方式长大时，其长大速度十分缓慢

长大速度

单位时间内晶核长大的线速度称为长大速度，用G表示，单位为1-

cm

⋅s

()二螺型位错长大机制

在通常情况下具有光滑界面的晶体其长大速度比按二维晶核长大方式快得多

这是由于在晶体长大时，总是难以避免形成种种缺陷，这些缺陷所造成的界面台阶使原子容易向上堆砌，因而长大速度大为加快

图2-21表示光滑界面出现螺形位错露头时的晶体长大过程

●螺型位错在晶体表面露头处,即在晶体表面形成台阶，这样，液相原子一个个

地堆砌到这些台阶处，新增加的表面能很小,完全可以被体积自由能的降低所补偿

●每铺一排原子，台阶即向前移动一个原子间距

●所以，台阶各处沿着晶体表面向前移动的线速度相等。

●但由于台阶的起始点不动，所以台阶各处相对于起始点移动的角速度不等。

●离起始点越近，角速度越大，离起始点越远，则角速度越小。

●于是随着原子的铺展，台阶先是发生弯曲，而后即以起始点为中心回旋起来，

如图2-22所示

●这种台阶永远不会消失，所以这个过程也就一直进行下去

●台阶每横扫界面一次，晶体就增厚一个原子间距，但由于中心回旋的速度快，

中心必将突出起来，形成螺钉状的晶体。

螺旋上升的晶面叫做生长蜷线

图2-23为SiC品体的生长蜷线，是用光学显微镜观察的结果

()三垂直长大机制

在光滑界面上位置不同则接纳液相原子的能力也不同

在台阶处，液相原子与晶体结合得比较牢固

因而在晶体的长大过程中台阶起着十分重要的作用

然而光滑界面上的台阶不能自发的产生，只能通过二维晶核产生，达个亊实意味着

1.一方面在光滑界面上生长的不连续性：当品体生长了一层以后，必须通过重

新形成二维晶核才能产生台阶

2.另一方表明品体缺陷（如螺型位错）在光滑界面生长中起着重要作用，这些

缺陷提供了永远没有穷尽的台阶。

粗糙界面接纳液相原子的能力

但是在粗糙界面上，几乎有一半应按晶体规律而排列的原子位置，正在虛位以待，从液相中扩散来的原子很容易填入这些位置，与晶体连接起来，如图2.18b所示连续长大方式

由于这些位置接待原子的能力是等效的，在粗糙界面上的所有位置都是生长位置，所以液相原子可以连续、垂直地向界面添加，界面的性质永远不会改变，从而使界面迅速地向液相推移。这种长大方式称为垂直长大或连续长大或均匀长大它的长大速度很快

大部分金属品体均以这种方式长大

晶体缺陷在粗糙界而的生长过程中不起明显作用