晶体生长基础解析.pptVIP

6.1晶体生长基本过程

6.2晶体生长的热量输运

6.3晶体生长的质量输运

6.4晶体生长与相平衡关系;6.1晶体生长过程;据热力学计算，当胚芽半径r大于晶核临界尺寸r0时，就可以稳定的继续长大，不会自行消失。因为当r＞＞r0时，胚芽的自由能△F的改变就明显降低，且胚芽越大△F越小。;

据均匀成核理论计算，水汽凝华的临界饱和比为4.4，水凝固的临界过冷度为40℃，某些金属凝固的临界过冷度达100~110℃。

实际上，成核的过冷度和过饱和度并不需要那么大。因为在通常的生长系统中总是存在不均匀的部位（如容器壁、外来的微粒等），它有效降低了成核时的表面位垒，使晶核优先在这些不均匀部位形成。

例如：人工降雨就是在饱和比不大又不能均匀成核的云层中，撒入碘化银细小微粒，就能形成雨滴。;在区熔法制备单晶的过程中，固液界面的形状对杂散晶核的形成产生一定的影响。;6.1.2晶体生长过程和形状;（1）过饱和度的影响：

溶液过饱和的超过某一临界值时，晶体的形态就会发生变化

（2）PH值的影响：

生长磷酸二氢胺时，PH↓，晶体细长，PH↑，晶体短粗

（3）杂质的影响：

晶面吸附杂质后单位表面能发生变化，使晶体法向生长速度发生变化，从而引起晶体形态的变化;6.1.3完整晶面生长;面网密度对质点引力的关系;完整晶面生长模型成功解释了晶核存在条件下，质点布满整个晶面的过程。若晶体要继续生长，需在完整晶面晶面上形成一个新的二维晶核做台阶源，然后质点沿其布满整个晶体。因此，新的二维晶核形成的难易决定了晶体生长速度。

通过对气相生长的观察，发现晶体表面常可见到涡旋状的生长图像，用准晶面生长即螺旋位错模型可以解释这种现象。;6.2晶体生长的热量输运;二、热损耗和稳定温度

单位时间内向环境传输的热量称为热损耗。

热损耗的大小取决于发热体和环境温度间的差值：正比。即：炉温↑，发热体和环境温度差值↑，热损耗↑。

发热体所能达到的最高温度通常与加热功率成正比。

当热损耗的大小与加热功率相等时，炉内热量交换达到平衡，发???体的温度不再随时间而变化，为稳定温度。

为提高发热体可能达到的稳定温度，须尽量减小热损耗。方法：在发热体和环境之间放置保温层。;熔化潜热10瓦;当炉膛内热交换达到平衡，且发热体的加热功率和各种热损耗都保持不变时，炉膛内各点都有一个不随时间变化的确定温度，这种温度的空间分布称为温场。

保持合适的温场是获得高质量晶体的前提条件。

温度相同点连成的曲线称等温线；

温度相同点连成的曲面称等温面。等温线永不相交；等温面永不相交。;ω=0r/min;温度为凝固点的等温面是固体和液体的分界面，称固液界面。

提拉法生长晶体过程中，固液界面的形状除受晶体的提拉速度、旋转速度和晶体尺寸等因素影响外，主要取决于界面处热量输运情况。一般会形成凹形、凸形、和平坦形三种。;晶体质量;6.2.2液流效应

液流效应亦称流体效应，即流体运动状态对晶体生长的影响。;0转/分;在固体-流体系统中，靠近固体表面的一个极薄液体层内，溶质的浓度、速度、温度均有较大变化，该薄层称为边界层。

1.速度边界层;2.溶质浓度边界层;3.温度边界层;６.3.1分凝系数

在晶体生长过程中，固相、液相中的溶质平衡浓度Cs和CL可能不同，其比值K0为常数：

K0＝Cs/CL

;液相线;平衡分凝系数K0是在无自然对流、无机械搅拌的理想状态下溶质的分凝系数。为表达实际生长过程中溶质的分布，引入有效分凝系数K有效：

K有效＝K0/K+(1-K0)exp(-Vδc/D)

对确定组成的溶液（熔体），K0为常数，K有效与晶体生长速度V、溶质在溶液中的扩散系数D以及溶质边界层厚度δc有关。

Cs＝K有效·CL

近理想态准静止生长过程中，V→0，生长速度无限缓慢，K有效→K0；稳定边界层建立后，δc→∞，K有效→1，溶质输运仅以扩散形式，而实况介于两者之间，即K有效介于K0和1之间;6.3.2溶质分布的均匀化;2.溶液稀释法;3.溶液补充法;R1;6.3.3生长层