目錄
第二版前言
第一版前言
第一篇 晶體生長(zhǎng)的基本原理
第1章 導(dǎo)論 3
1.1 晶體的基本概念 3
1.1.1 晶體的結(jié)構(gòu)特征 3
1.1.2 晶體結(jié)構(gòu)與點(diǎn)陣 4
1.1.3 晶向與晶面 5
1.1.4 晶體的結(jié)構(gòu)缺陷概述 6
1.2 晶體材料 12
1.2.1 常見(jiàn)晶體材料的晶體結(jié)構(gòu) 12
1.2.2 按照功能分類(lèi)的晶體材料 16
1.3 晶體生長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展 21
1.4 晶體生長(zhǎng)技術(shù)基礎(chǔ)及其與其他學(xué)科的聯(lián)系 23
參考文獻(xiàn) 25
第2章 晶體生長(zhǎng)的熱力學(xué)原理 27
2.1 晶體生長(zhǎng)過(guò)程的物相及其熱力學(xué)描述 27
2.1.1 氣體的結(jié)構(gòu)及熱力學(xué)描述 27
2.1.2 液體的結(jié)構(gòu)及熱力學(xué)描述 30
2.1.3 固體的結(jié)構(gòu)及其熱力學(xué)參數(shù) 33
2.1.4 相界面及其熱力學(xué)分析 37
2.1.5 晶體生長(zhǎng)的熱力學(xué)條件 42
2.2 單質(zhì)晶體生長(zhǎng)熱力學(xué)原理 44
2.2.1 單質(zhì)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的熱力學(xué)條件 44
2.2.2 液相及氣相生長(zhǎng)的熱力學(xué)條件及驅(qū)動(dòng)力 48
2.2.3 固態(tài)再結(jié)晶的熱力學(xué)條件 50
2.3 二元系的晶體生長(zhǎng)熱力學(xué)原理 52
2.3.1 二元合金中的化學(xué)位 52
2.3.2 液-固界面的平衡與溶質(zhì)分凝 53
2.3.3 氣-液及氣-固平衡 56
2.4 多組元系晶體生長(zhǎng)熱力學(xué)分析 58
2.4.1 多元體系的自由能 58
2.4.2 多元系結(jié)晶過(guò)程的熱力學(xué)平衡條件 59
2.4.3 相圖計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用 60
2.5 化合物晶體生長(zhǎng)熱力學(xué)原理 63
2.5.1 化合物分解與合成過(guò)程的熱力學(xué)分析 64
2.5.2 復(fù)雜二元及多元化合物體系的簡(jiǎn)化處理 67
2.5.3 化合物晶體非化學(xué)計(jì)量比的成分偏離與晶體結(jié)構(gòu)缺陷 70
2.5.4 熔體中的短程序及締合物 72
2.6 強(qiáng)磁場(chǎng)及高壓環(huán)境對(duì)晶體生長(zhǎng)熱力學(xué)條件的影響 75
2.6.1 強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)晶體生長(zhǎng)熱力學(xué)平衡條件的影響 75
2.6.2 高壓對(duì)晶體生長(zhǎng)熱力學(xué)平衡條件的影響 76
參考文獻(xiàn) 79
第3章 晶體生長(zhǎng)過(guò)程的形核原理 83
3.1 均質(zhì)形核理論 83
3.1.1 熔體中的均質(zhì)形核理論 83
3.1.2 氣相與固相中的均質(zhì)形核 86
3.1.3 均質(zhì)形核理論的發(fā)展 87
3.2 異質(zhì)形核 90
3.2.1 異質(zhì)形核的基本原理 90
3.2.2 異質(zhì)外延生長(zhǎng)過(guò)程中的形核 92
3.3 多元多相合金結(jié)晶過(guò)程中的形核 94
3.3.1 多組元介質(zhì)中的形核 94
3.3.2 多相形核過(guò)程的分析 98
3.4 特殊條件下的形核問(wèn)題 101
3.4.1 溶液中的形核 101
3.4.2 電化學(xué)形核 103
3.4.3 超臨界液體結(jié)晶過(guò)程中的形核 103
3.4.4 形核過(guò)程的實(shí)驗(yàn)觀察與控制 104
參考文獻(xiàn) 107
第4章 晶體生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)原理 111
4.1 結(jié)晶界面的微觀結(jié)構(gòu) 111
4.1.1 結(jié)晶界面結(jié)構(gòu)的經(jīng)典模型 111
4.1.2 界面結(jié)構(gòu)的Monte-Carlo(MC)模擬 116
4.2 結(jié)晶界面的原子遷移過(guò)程與生長(zhǎng)速率 119
4.2.1 結(jié)晶界面上原沉積的途徑與過(guò)程 119
4.2.2 連續(xù)生長(zhǎng)過(guò)程的原子沉積動(dòng)力學(xué) 122
4.2.3 結(jié)晶界面上的原子擴(kuò)散 123
4.2.4 結(jié)晶界面上原子的二維形核 126
4.2.5 位錯(cuò)生長(zhǎng) 128
4.2.6 化合物晶體生長(zhǎng)的界面動(dòng)力學(xué) 129
4.2.7 基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的結(jié)晶界面動(dòng)力學(xué)過(guò)程分析 130
4.3 晶體生長(zhǎng)的本征形態(tài) 134
4.3.1 晶體生長(zhǎng)形態(tài)的熱力學(xué)分析 134
4.3.2 晶體生長(zhǎng)形態(tài)的動(dòng)力學(xué)描述 135
參考文獻(xiàn) 145
第5章 實(shí)際晶體生長(zhǎng)形態(tài)的形成原理 149
5.1 晶體生長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力與平面結(jié)晶界面的失穩(wěn) 149
5.2 枝晶的形成條件與生長(zhǎng)形態(tài) 155
5.3 枝晶陣列的生長(zhǎng) 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(qiáng)各向異性晶體強(qiáng)制生長(zhǎng)形態(tài) 170
5.5 多相協(xié)同生長(zhǎng) 173
5.5.1 亞共晶生長(zhǎng) 173
5.5.2 共晶生長(zhǎng) 174
5.5.3 偏晶生長(zhǎng) 178
5.5.4 包晶生長(zhǎng) 179
參考文獻(xiàn) 180
第二篇 晶體生長(zhǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)
第6章 晶體生長(zhǎng)過(guò)程的傳輸問(wèn)題 185
6.1 晶體生長(zhǎng)過(guò)程的傳質(zhì)原理 185
6.1.1 溶質(zhì)擴(kuò)散的基本方程 185
6.1.2 擴(kuò)散過(guò)程的求解條件與分析方法 188
6.1.3 擴(kuò)散系數(shù)的本質(zhì)及其處理方法 189
6.1.4 晶體生長(zhǎng)過(guò)程擴(kuò)散的特性 191
6.1.5 多組元的協(xié)同擴(kuò)散 193
6.1.6 外場(chǎng)作用下的擴(kuò)散 194
6.2 晶體生長(zhǎng)過(guò)程的傳熱原理 195
6.2.1 晶體生長(zhǎng)過(guò)程的導(dǎo)熱 195
6.2.2 晶體生長(zhǎng)過(guò)程的輻射換熱 200
6.2.3 晶體生長(zhǎng)過(guò)程的對(duì)流換熱與界面換熱 203
6.2.4 晶體生長(zhǎng)過(guò)程溫度場(chǎng)的測(cè)控方法與技術(shù) 204
6.3 晶體生長(zhǎng)過(guò)程的液相流動(dòng) 212
6.3.1 流動(dòng)的起因與分類(lèi) 212
6.3.2 流體的黏度 214
6.3.3 流體流動(dòng)的控制方程 215
6.3.4 流體流動(dòng)過(guò)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(guò)程分析 218
6.3.6 雙擴(kuò)散對(duì)流 220
6.3.7 Marangoni對(duì)流 223
參考文獻(xiàn) 224
第7章 晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的化學(xué)問(wèn)題 226
7.1 晶體生長(zhǎng)過(guò)程相關(guān)的化學(xué)原理 226
7.1.1 晶體生長(zhǎng)過(guò)程的化學(xué)反應(yīng) 226
7.1.2 物質(zhì)的主要化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)定律 229
7.1.3 化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理 233
7.1.4 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的熱效應(yīng) 237
7.1.5 化學(xué)反應(yīng)的尺寸效應(yīng) 238
7.1.6 晶體生長(zhǎng)過(guò)程的其他化學(xué)問(wèn)題 239
7.2 原料的提純 243
7.2.1 氣化-凝結(jié)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(zhǎng)原料的合成原理 263
7.3.1 熔體直接反應(yīng)合成 263
7.3.2 溶液中的反應(yīng)合成 265
7.3.3 氣相反應(yīng)合成 268
7.3.4 固相反應(yīng)合成 274
7.3.5 自蔓延合成 276
參考文獻(xiàn) 279
第8章 晶體生長(zhǎng)過(guò)程物理場(chǎng)的作用 282
8.1 晶體生長(zhǎng)過(guò)程的壓力作用原理 282
8.1.1 重力場(chǎng)中的壓力 282
8.1.2 微重力場(chǎng)的特性與影響 283
8.1.3 超重力場(chǎng)的特性與影響 285
8.1.4 晶體生長(zhǎng)過(guò)程的高壓技術(shù) 287
8.2 晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的應(yīng)力分析 291
8.2.1 應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算的基本方程 292
8.2.2 應(yīng)力場(chǎng)的分析方法 295
8.2.3 應(yīng)力作用下的塑性變形 297
8.2.4 薄膜材料中的應(yīng)力 299
8.3 電場(chǎng)在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的作用原理 301
8.3.1 材料的電導(dǎo)特性 302
8.3.2 材料的電介質(zhì)特性 303
8.3.3 晶體生長(zhǎng)相關(guān)的電學(xué)原理 304
8.3.4 電場(chǎng)在晶體生長(zhǎng)過(guò)程應(yīng)用的實(shí)例 306
8.4 電磁場(chǎng)在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中應(yīng)用的基本原理 312
8.4.1 電磁效應(yīng)及磁介質(zhì)的性質(zhì) 313
8.4.2 電磁場(chǎng)的作用原理 316
8.4.3 電磁懸浮技術(shù) 320
8.4.4 電磁場(chǎng)對(duì)對(duì)流的控制作用 322
參考文獻(xiàn) 326
第三篇 晶體生長(zhǎng)技術(shù)
第9章 熔體法晶體生長(zhǎng)(1)——Brid-man法及其相似方法 333
9.1 Bridgman法晶體生長(zhǎng)技術(shù)的基本原理 333
9.1.1 Bridgman法晶體生長(zhǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介 333
9.1.2 Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的傳熱特性 339
9.1.3 Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程結(jié)晶界面控制原理 340
9.2 Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的溶質(zhì)傳輸及其再分配 342
9.2.1 一維平界面晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的溶質(zhì)再分配 343
9.2.2 多元合金及快速結(jié)晶條件下的溶質(zhì)分凝 348
9.2.3 實(shí)際Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的溶質(zhì)分凝分析 350
9.3 Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的數(shù)值分析 355
9.3.1 Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程數(shù)值分析技術(shù)的發(fā)展 355
9.3.2 Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程多場(chǎng)耦合的數(shù)值模擬方法 356
9.3.3 晶體生長(zhǎng)過(guò)程應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值分析 362
9.4 Bridgman法晶體生長(zhǎng)工藝控制技術(shù) 364
9.4.1 Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的強(qiáng)制對(duì)流控制 364
9.4.2 Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)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(zhǎng) 376
9.4.4 高壓Bridgman法晶體生長(zhǎng) 379
9.4.5 其他改進(jìn)的Bridgman生長(zhǎng)方法 381
9.5 其他定向結(jié)晶的晶體生長(zhǎng)方法 385
9.5.1 垂直溫度梯度法 385
9.5.2 區(qū)熔-移動(dòng)加熱器法 387
9.5.3 浮區(qū)法 391
9.5.4 溶劑法 398
參考文獻(xiàn) 399
第10章 熔體法晶體生長(zhǎng)(2)——Cz法及其他熔體生長(zhǎng)方法 411
10.1 Cz法晶體生長(zhǎng)的基本原理與控制技術(shù) 411
10.1.1 Cz法晶體生長(zhǎng)的基本原理 411
10.1.2 Cz法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的控制技術(shù) 417
10.2 Cz法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的傳熱與生長(zhǎng)形態(tài)控制 425
10.2.1 Cz法晶體生長(zhǎng)過(guò)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(nèi)輻射特性的影響 433
10.2.4 晶體旋轉(zhuǎn)與溫度的波動(dòng) 437
10.3 電磁控制技術(shù)在Cz法晶體生長(zhǎng)中的應(yīng)用 441
10.3.1 靜磁場(chǎng)控制Cz法晶體生長(zhǎng)中的對(duì)流 441
10.3.2 交變磁場(chǎng)對(duì)Cz法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的影響 445
10.3.3 電流場(chǎng)和磁場(chǎng)共同作用下的Cz法晶體生長(zhǎng) 448
10.4 Cz法晶體生長(zhǎng)過(guò)程傳質(zhì)特性與成分控制 451
10.4.1 多組元熔體Cz法晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的溶質(zhì)再分配及其宏觀偏析 452
10.4.2 Cz法晶體生長(zhǎng)過(guò)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(zhǎng)的方法 465
10.5.1 成形提拉法(導(dǎo)模法) 465
10.5.2 泡生法 472
10.5.3 火焰熔融生長(zhǎng)法 476
參考文獻(xiàn) 477
第11章 溶液法晶體生長(zhǎng) 486
11.1 溶液法晶體生長(zhǎng)的基本原理和方法 486
11.1.1 溶液的宏觀性質(zhì) 486
11.1.2 溶液中溶質(zhì)的行為及溶劑的選擇 489
11.1.3 實(shí)現(xiàn)溶液中晶體生長(zhǎng)的條件及控制參數(shù) 492
11.1.4 溶液中的晶體生長(zhǎng)機(jī)理 498
11.2 溶液法晶體生長(zhǎng)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(zhǎng)的基本方法與控制原理 501
11.2.3 溶液法晶體生長(zhǎng)的控制方法 506
11.3 溶液法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的傳輸及其控制 510
11.3.1 結(jié)晶界面附近的溶質(zhì)傳輸特性 510
11.3.2 溶液法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的對(duì)流傳輸原理和方法 513
11.3.3 溶液法晶體生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)流的控制 516
11.3.4 溶液液區(qū)移動(dòng)法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的傳質(zhì) 521
11.4 其他溶液晶體生長(zhǎng)技術(shù) 523
11.4.1 高溫溶液生長(zhǎng) 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(xiàn) 540
第12章 氣相晶體生長(zhǎng)方法 548
12.1 氣相生長(zhǎng)方法概述 548
12.2 物理氣相生長(zhǎng)技術(shù) 551
12.2.1 物理氣相生長(zhǎng)的基本原理 551
12.2.2 生長(zhǎng)界面的結(jié)構(gòu)與晶體的非平衡性質(zhì) 553
12.2.3 物理氣相生長(zhǎng)過(guò)程中氣體分壓的控制 559
12.2.4 物理氣相生長(zhǎng)過(guò)程中的傳輸 562
12.3 化學(xué)氣相生長(zhǎng)技術(shù) 567
12.3.1 化學(xué)氣相生長(zhǎng)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(fù)雜體系氣相反應(yīng)合成 573
12.3.5 化學(xué)氣相輸運(yùn)法 576
12.4 其他氣相生長(zhǎng)方法簡(jiǎn)介 584
12.4.1 氣-液-固法 584
12.4.2 濺射法晶體生長(zhǎng)技術(shù)的基本原理 588
12.4.3 分子束外延生長(zhǎng)技術(shù)的基本原理 592
12.4.4 MOCVD生長(zhǎng)技術(shù)的基本原理 595
參考文獻(xiàn) 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(diǎn)缺陷的形成與控制 613
13.1.1 點(diǎn)缺陷對(duì)晶體性能的影響 613
13.1.2 簡(jiǎn)單晶體中熱力學(xué)平衡點(diǎn)缺陷濃度的計(jì)算 615
13.1.3 化合物晶體中平衡點(diǎn)缺陷濃度的熱力學(xué)計(jì)算 617
13.1.4 晶體生長(zhǎng)過(guò)程中點(diǎn)缺陷的形成與控制 626
13.1.5 晶體后處理過(guò)程中點(diǎn)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(lèi)型及其成因 632
13.2.2 多組元晶體中的成分偏析及其對(duì)性能的影響 633
13.2.3 雜質(zhì)與摻雜的偏析 638
13.2.4 條帶狀偏析 642
13.2.5 胞晶生長(zhǎng)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(lèi)型及其對(duì)晶體性能的影響 646
13.3.2 液相中夾雜的裹入 651
13.3.3 結(jié)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(cuò)的形成 655
13.4.1 典型晶體中位錯(cuò)的類(lèi)型及其對(duì)晶體性能的影響 655
13.4.2 籽晶與異質(zhì)外延生長(zhǎng)引入的位錯(cuò) 658
13.4.3 應(yīng)力與位錯(cuò)的形成 662
13.4.4 成分偏析引起的位錯(cuò) 668
13.4.5 夾雜引起的位錯(cuò) 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(jié)構(gòu)及其對(duì)晶體性能的影響 673
13.5.2 晶界成分偏析 676
13.5.3 晶界擴(kuò)散 679
13.5.4 晶界與相界的形成與控制 681
13.6 孿晶與層錯(cuò)的形成 684
13.6.1 孿晶與層錯(cuò)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 684
13.6.2 變形孿晶的形成 685
13.6.3 生長(zhǎng)孿晶與層錯(cuò) 687
13.6.4 退火孿晶與層錯(cuò) 690
13.7 晶體的表面特性 691
13.7.1 晶體表面的基本性質(zhì)與清潔表面的獲得 691
13.7.2 表面原子結(jié)構(gòu) 692
13.7.3 表面電子結(jié)構(gòu)的研究 695
13.7.4 功函數(shù)的研究 696
參考文獻(xiàn) 697
第14章 晶體的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)？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(jié)構(gòu)的顯微分析 720
14.2.1 光學(xué)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)缺陷的衍射分析 735
14.3.4 晶體應(yīng)力應(yīng)變的衍射分析 740
14.4 晶體電學(xué)參數(shù)的分析 748
14.4.1 I-V 和C-V 測(cè)量 749
14.4.2 van der Pauw-Hall測(cè)試 753
14.4.3 載流子遷移率和壽命乘積(μτ)的測(cè)試 754
14.4.4 激光誘導(dǎo)瞬態(tài)光電流測(cè)試 756
14.4.5 介電材料的性能測(cè)定 758
14.5 晶體光學(xué)？磁學(xué)及其他物理性能的分析 760
14.5.1 晶體的基本光學(xué)性質(zhì)測(cè)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(xué)性能 770
14.5.6 晶體的磁光性質(zhì) 772
14.5.7 其他物理性能概論 775
參考文獻(xiàn) 776