晶体生长1-绪论

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1、Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech UniversityZhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials Engineering晶 体 生 长晶 体 生 长晶 体 生 长晶 体 生 长席 珍 强席 珍 强浙江理工大学材料工程中心浙江理工大学材料工程中心Email: Mobil: 13116786012Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech Un

2、iversity参考书参考书?晶体生长基础，姚连增编，中国科 学技术大学出版社，1995； ?硅材料科学与技术，阙端麟和陈修 治主编，浙江大学出版社，2001； ?晶体生长的物理基础，闵乃本，上 海科学技术出版社，1982； ?材料科学基础，马泗春主编，陕西 科学技术出版社，1998；. ?半导体材料，杨树人，王宗昌，王 兢，科学出版社，2004Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University第01章 晶体生长概论第01章 晶体生长概论 ?晶体生长的意义晶体生长的意义 ?晶体生

3、长方法分类及其发展方向晶体生长方法分类及其发展方向 ?晶体生长课程安排概述晶体生长课程安排概述 ?晶体学基础知识晶体学基础知识 ?晶向和晶面指数晶向和晶面指数 ?晶体学知识的应用举例晶体学知识的应用举例Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.1 晶体材料的意义1.1 晶体材料的意义?石器时代（数万年） ?铜器时代（三千年） ?铁器时代（一千五百年） ?半导体材料为基础的信息 时代（四十年）人类历史的发展人类历史的发展Zhenqiang XiZhenqiang XiC

4、enter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.1 晶体材料的意义1.1 晶体材料的意义晶 体 材 料晶 体 材 料金属半导体金属半导体 Si, GaAs, ZnO, GaN绝缘体绝缘体 SiC, Si3N4黑色金属黑色金属有色金属有色金属 Al, MgZhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.1 晶体材料的意义1.1 晶体材料的意义新工业革命新工业革命能 源能 源晶 体 材 料晶 体 材 料材

5、料材 料信 息信 息Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.1 晶体生长的意义1.1 晶体生长的意义材料的选取、配置和提纯材料的选取、配置和提纯特定结构的材料特定结构的材料性能性能产品产品生体晶长生体晶长Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.2 1.2 晶体生长方法分类晶体生长方法分类晶 体 生 长 方 法晶 体 生 长 方 法溶液法溶

6、液法降温法、凝胶法、恒温蒸发法熔体法熔体法直拉法、区熔法、布里奇曼法气相法气相法化学气相沉积法、MOCVD、MBE固相法固相法高压法、再结晶法Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.2 1.2 晶体生长技术的发展方向晶体生长技术的发展方向发 展 方 向发 展 方 向完整性完整性杂质、缺陷的控制利用性利用性大尺寸性、薄膜、纳米功能性功能性结构组织可控生长预测性预测性计算机模拟重复性重复性自动化、规范Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of M

7、aterials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.3 1.3 晶体生长课程安排晶体生长课程安排?晶体生长概述?晶体生长方法概述?相平衡和相图?晶体生长的成核理论?晶体生长动力学?晶体生长过程中的输运过程?界面稳定性和成分过冷?晶体中的缺陷和杂质?晶体质量的测试和分析Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.4 1.4 晶体学基础知识晶体学基础知识?晶体：粒子(原子、离子或分子)在三维空间呈周期性的规则重复排列 各向异性

8、？ 单晶 多晶 ?非晶体长程无序、短程有序亚稳结构Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.4 1.4 晶体学基础知识晶体学基础知识1、点阵、点阵 将重复单元抽象为几何点,那么这些点在空间的排布就能表示晶体结构中原子（或分子、离子）的排 布规律。 由无数个几何点在空间有规律的排列构成的图形 称为点阵。（非严格定义） 构成点阵的点称为点阵点，点阵点所代表的重复 单位的具体内容称为结构基元，用点阵来研究晶体 的几何结构的理论称为点阵理论。结构基元与点阵点结构基元与点阵点一

9、维周期性结构与直线点阵一维周期性结构与直线点阵Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.4 1.4 晶体学基础知识晶体学基础知识晶格与晶胞晶格与晶胞Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.4 1.4 晶体学基础知识晶体学基础知识晶胞晶胞构成晶格的最基本单元。构成晶格的最基本单元。 晶胞在三维空间重复堆砌可构成整个空间点阵，通常为小 的平行六

10、面体。晶胞要顺序满足能充分反映整个空间点 阵的对称性，具有尽可能多的直角，体积要最小。晶胞在三维空间重复堆砌可构成整个空间点阵，通常为小 的平行六面体。晶胞要顺序满足能充分反映整个空间点 阵的对称性，具有尽可能多的直角，体积要最小。Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.4 1.4 晶体学基础知识晶体学基础知识点阵常数点阵常数平行六面体的三个棱长a、b、c和及其夹 角、，可决定平行六面体尺寸和 形状，这六个量亦称为点阵常数。平行六面体的三个棱长a、b、c和及其夹 角

11、、，可决定平行六面体尺寸和 形状，这六个量亦称为点阵常数。Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.4 1.4 晶体学基础知识晶体学基础知识晶系晶系按点阵常数的特征对晶体的分类。按点阵常数的特征对晶体的分类。Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.4 1.4 晶体学基础知识晶体学基础知识点阵和晶体结构的关系点阵和晶体结构的关系晶体结构晶体结

12、构=点阵点阵+结构基元结构基元晶体的类型晶体的类型?原子晶体原子晶体 ?金属晶体金属晶体 ?离子晶体离子晶体 ?分子晶体分子晶体Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.5 晶向与立方晶系晶向指数1.5 晶向与立方晶系晶向指数晶向：晶向：空间点阵中节点列的方向。空间中任两节点的连线的方 向，代表了晶体中原子列的方向。空间点阵中节点列的方向。空间中任两节点的连线的方 向，代表了晶体中原子列的方向。晶向指数晶向指数：表示晶向方位符号。：表示晶向方位符号。标定方法：标定方法

13、：1.建立坐标系结点为原点，三棱为方向，点阵常数 为单位 ；1.建立坐标系结点为原点，三棱为方向，点阵常数 为单位 ；2.在晶向上任两点的坐标(x1,y1,z1) (x2,y2,z2)。 (若平移晶向或坐标，让在第一点在原点则下一步 更简单)；2.在晶向上任两点的坐标(x1,y1,z1) (x2,y2,z2)。 (若平移晶向或坐标，让在第一点在原点则下一步 更简单)； 3.计算x2-x1 ： y2-y1 ： z2-z1 ；3.计算x2-x1 ： y2-y1 ： z2-z1 ； 4.化成最小、整数比u：v：w ；4.化成最小、整数比u：v：w ； 5.放在方括号uvw中，不加逗号，负号记在上方

14、。5.放在方括号uvw中，不加逗号，负号记在上方 。Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.5 晶向与立方晶系晶向指数1.5 晶向与立方晶系晶向指数晶向族：晶向族：原子排列情况相同，但空间位向不同的一组晶向的集 合。原子排列情况相同，但空间位向不同的一组晶向的集 合。 表示方法：表示方法：用尖括号表示用尖括号表示 。举例：举例：可见任意交换指数的位置和改变符号后的所有结果都是该族的范围。可见任意交换指数的位置和改变符号后的所有结果都是该族的范围。晶向指数特征：晶向指

15、数特征：与原点位置无关；每一指数对应一组平行的晶 向。与原点位置无关；每一指数对应一组平行的晶 向。Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.5 晶面与立方晶系晶面指数1.5 晶面与立方晶系晶面指数晶面：晶面：空间中不在一直线任三个阵点的构成的平面，代表了晶 体中原子列的方向。空间中不在一直线任三个阵点的构成的平面，代表了晶 体中原子列的方向。晶面指数晶面指数：表示晶面方位的符号。：表示晶面方位的符号。标定方法：标定方法：1.建立坐标系结点为原点，三棱为方向，点阵常数

16、 为单位 （原点在标定面以外，可以采用平移 法）；1.建立坐标系结点为原点，三棱为方向，点阵常数 为单位 （原点在标定面以外，可以采用平移 法）； 2.晶面在三个坐标上的截距a1 a2 a3 ；2.晶面在三个坐标上的截距a1 a2 a3 ；3.计算其倒数b1 b2 b3 ；3.计算其倒数b1 b2 b3 ； 4.化成最小、整数比h：k：l ；4.化成最小、整数比h：k：l ； 5.放在圆方括号(hkl)，不加逗号，负号记在上方 。5.放在圆方括号(hkl)，不加逗号，负号记在上方 。Zhenqiang XiZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University1.5 晶面与立方晶系晶面指数1.5 晶面与立方晶系晶面指数晶面族：晶面族：原子排列情况相同，但空间位向不同的一组晶面的集 合。原子排列情况相同，但空间位向不同的一组晶面的集 合。表示方法：表示方法：用花括号hkl表示。用花括号hkl表示。