材料制備科學(xué)與技術(shù)

1、1、 晶胞：空間點(diǎn)陣可分成無(wú)數(shù)等同的平行六面體，每個(gè)平行六面體稱(chēng)為晶胞。2、 晶格：空間點(diǎn)陣可以看成在三個(gè)坐標(biāo)方向上無(wú)數(shù)平行坐標(biāo)軸的平面彼此相交所形成的格點(diǎn)的集合體，這種集合體是一些網(wǎng)絡(luò)，稱(chēng)為晶格。3、 晶體缺陷：在實(shí)際的晶體中，原子規(guī)則排列遭到破壞而存在偏離理想晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)域?？煞譃辄c(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷三類(lèi)。4、 點(diǎn)缺陷：它是完整晶體中一個(gè)或幾個(gè)原子規(guī)則排列被破壞的結(jié)果，其所發(fā)生區(qū)域的尺寸遠(yuǎn)小于晶體或晶粒的線度。它有兩種基本類(lèi)型，即空位和填隙原子。5、 缺陷形成能：各類(lèi)缺陷的形成能EF的數(shù)值可以直接反映特定缺陷形成的難易程度，材料合成環(huán)境對(duì)于缺陷形成的影響及復(fù)合缺陷體系的穩(wěn)定性等。6、 位

2、錯(cuò)能（位錯(cuò)的應(yīng)變能）：晶體中位錯(cuò)的存在會(huì)引起點(diǎn)陣畸變，導(dǎo)致能量增高，這種增加的能量即為位錯(cuò)能，包括位錯(cuò)的核心能量和彈性應(yīng)變能量（占總能量的9/10）。7、 位錯(cuò)反應(yīng)：位錯(cuò)的合并于分解即晶體中不同柏氏矢量的位錯(cuò)線合并為一條位錯(cuò)線或一條位錯(cuò)線分解成兩條或多條柏氏矢量不同的位錯(cuò)線。8、 柯氏氣團(tuán)：金屬內(nèi)部存在的大量位錯(cuò)線，在刃型位錯(cuò)線附近經(jīng)常會(huì)吸附大量的異類(lèi)溶質(zhì)原子（大小不同吸附的位置有差別），形成所謂的“柯氏氣團(tuán)”。v 過(guò)冷度：指熔融金屬平衡狀態(tài)下的相變溫度與實(shí)際相變溫度的差值。每一種物質(zhì)都有其平衡結(jié)晶溫度即理論結(jié)晶溫度，但在實(shí)際結(jié)晶過(guò)程中，實(shí)際結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度，兩者的溫度差值即為過(guò)冷

3、度。v 均勻成核：在亞穩(wěn)相系統(tǒng)中空間各點(diǎn)出現(xiàn)穩(wěn)定相的幾率都是相同的。不借助任何外來(lái)質(zhì)點(diǎn)，通過(guò)母相自身的原子結(jié)構(gòu)起伏和成分起伏、能量起伏形成結(jié)晶核心的現(xiàn)象。v 非均勻成核：在亞穩(wěn)相系統(tǒng)中穩(wěn)定相優(yōu)先出現(xiàn)在系統(tǒng)中的某些局部，稱(chēng)為非均勻成核v 自發(fā)形核：指液態(tài)金屬絕對(duì)純凈，無(wú)任何雜質(zhì)，也不和器壁接觸，只是依靠液態(tài)金屬能量的變化，由晶胚直接生核的過(guò)程。v 非自發(fā)形核：晶核依附于外來(lái)雜質(zhì)（包括液態(tài)內(nèi)部的固相質(zhì)點(diǎn)或與其他固體接觸的界面）而形成的現(xiàn)象。v 成核率：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位體積內(nèi)能發(fā)展成為晶體的晶核數(shù)，用I表示。v 平衡分配系數(shù)：指在固液兩相體系達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，溶質(zhì)在兩相中的濃度的比值，即Ko=Cs/CL

4、.。Ko為平衡分凝（分配）系數(shù)；Cs、CL分別為固相與液相的平衡成分。v 平衡凝固：在一定的壓力條件下，凝固體系的溫度、成分完全由相應(yīng)合金系的平衡相圖所規(guī)定，這種理想狀態(tài)下的凝固過(guò)程即平衡凝固。v 成分過(guò)冷：由于在不平衡凝固時(shí)，液相中溶質(zhì)分布不均勻，在正常溫度梯度下也會(huì)引起過(guò)冷。這種由于成分不均勻引起的過(guò)冷稱(chēng)為成分過(guò)冷。v 成分偏析：由于凝固或固態(tài)相變而導(dǎo)致的合金中化學(xué)成分的不均勻分布。v 宏觀偏析：在不存在成分過(guò)冷且晶體以平面方式生長(zhǎng)時(shí)，先結(jié)晶部分的溶質(zhì)濃度低，后結(jié)晶部分的溶質(zhì)濃度高，晶體宏觀各區(qū)成分不均勻，此類(lèi)偏析稱(chēng)為宏觀偏析。v 胞狀偏析：在有小的成分過(guò)冷，晶體以胞狀方式生長(zhǎng)時(shí)，先結(jié)晶的

5、胞狀凸出部分溶質(zhì)含量低，被排出的溶質(zhì)向周?chē)鷶U(kuò)散，在側(cè)向富集，最后結(jié)晶，因而胞晶內(nèi)部溶質(zhì)濃度低，形成胞狀偏析。v 樹(shù)枝狀偏析：當(dāng)成分過(guò)冷很大，晶體以樹(shù)枝狀方式生長(zhǎng)時(shí)，先結(jié)晶的枝晶主干部分溶質(zhì)含量低，后結(jié)晶的枝晶外周部分富集溶質(zhì)，形成樹(shù)枝狀偏析。1.熔鹽生長(zhǎng)法（助熔劑法、高溫溶液法、熔鹽法）：是在高溫下從熔融鹽溶劑中生長(zhǎng)晶體的方法。1. 物理氣相沉積（PVD)技術(shù)包括（）常用于沉積薄膜和涂層，沉積薄膜的厚度可以從10-1nm級(jí)到mm級(jí)變化。2. 外延是指在單晶襯底上生長(zhǎng)同類(lèi)單晶體（同質(zhì)外延），或者生長(zhǎng)具有共格或半共格的異類(lèi)單晶體（異質(zhì)外延）的技術(shù)。3. 濺射鍍膜：用動(dòng)能為幾十電子伏的粒子束照射沉積

6、材料表面（一般稱(chēng)為“靶”），使表面原子獲得入射粒子所帶的一部分能量并脫離靶體后，在一定條件下沉積在基片上的鍍膜方法。4. 化學(xué)氣相沉積（CVD）：在一個(gè)加熱的基片或物體表面上，通過(guò)一種或幾種氣態(tài)元素或化合物產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，而形成不揮發(fā)的固態(tài)膜層或材料過(guò)程。5. 化學(xué)溶液鍍膜法：指在溶液中利用化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)原理在基體材料表面上沉積成膜的一種技術(shù)。它包括各種化學(xué)反應(yīng)沉積、陽(yáng)極氧化、電鍍等。6. 陽(yáng)極氧化法：鋁、鉭、鈦、鈮、釩等閥型金屬，在相應(yīng)的電解液中作陽(yáng)極，用石墨或金屬本身作陰極，加上合適的直流電壓時(shí)，會(huì)在這些金屬的表面上形成硬而穩(wěn)定的氧化膜，這個(gè)過(guò)程即陽(yáng)極氧化，此法制膜稱(chēng)為陽(yáng)極氧化法。7.

7、液相外延：是指含溶質(zhì)的溶液（或熔體）借助過(guò)冷而使溶質(zhì)在襯底上以薄膜形式進(jìn)行外延生長(zhǎng)的方法。8. 真空蒸鍍：在一定的真空條件下加熱被蒸鍍材料，使其熔化(或升華)并形成原子、分子或原子團(tuán)組成的蒸氣，凝結(jié)在基底表面成膜。9. 濺射：濺射是一種物理氣相淀積技術(shù)，它是形容固體靶中的原子被高能量離子撞擊而離開(kāi)固體進(jìn)入氣體的物理過(guò)程。濺射過(guò)程中的離子通常來(lái)自等離子體 10. 離子鍍：在真空條件下，利用氣體放電使氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)部分電離，并在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子的轟擊下，將蒸發(fā)物質(zhì)或其反應(yīng)物沉積在基片上的方法。11. 化學(xué)鍍：也稱(chēng)無(wú)電解鍍或者自催化鍍，是在無(wú)外加電流的情況下借助合適的還原劑，使鍍液中金屬離

8、子還原成金屬，并沉積到零件表面的一種鍍覆方法。9、 奇異面：表面能級(jí)圖中能量曲面上出現(xiàn)極小值的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的界面。奇異面是表面能較低的晶面，一般來(lái)說(shuō)是低指數(shù)面，也是密面積。10、 鄰位面：取向在奇異面鄰近的晶面。由于界面能效應(yīng)，鄰位面往往有一定組態(tài)的臺(tái)階構(gòu)成。11、 非奇異面：除奇異面與鄰位面的其他取向的晶面。12、 杰克遜模型的假設(shè)：晶體生長(zhǎng)主要取決于晶體的界面是光滑界面還是粗糙界面，而這又決定于晶體的種類(lèi)和晶體生長(zhǎng)時(shí)的熱力學(xué)條件，該假設(shè)針對(duì)的是所有界面，而不是某一種界面。13、 表面熔化溫度：在溫度較低時(shí)光滑界面上的粗糙度是很小的，雖然它也隨溫度增加而增加，但增加不快；但當(dāng)溫度增加到某臨界值T

9、o時(shí)，界面的粗糙度突然增加，此后隨溫度增加粗糙度就增加得很快了，此臨界溫度Tc稱(chēng)為表面熔化溫度。14、 界面能位壘：在表面能作用下，界面面積有縮小的趨勢(shì)，便產(chǎn)生了附加壓力，稱(chēng)界面能位壘。15、 界面相變熵：，其中是兩個(gè)因子的乘積，L0是單個(gè)原子相變時(shí)內(nèi)能的改變，也可近似地看成是單個(gè)原子的相變潛熱，Te是兩相的平衡溫度，k是玻爾茲曼常數(shù)。16、 物質(zhì)相變熵：Lo/Te是單個(gè)原子相變時(shí)熵的改變，決定于相變潛熱和兩相的平衡溫度，即不僅取決于構(gòu)成系統(tǒng)的物質(zhì)，還決定于系統(tǒng)中共存的兩相的類(lèi)別。界面取向因子：1/Z，對(duì)給定的晶體，其結(jié)構(gòu)是確定的，界面的面指數(shù)不同，1/Z就不同，也就不同。1、 浸鍍：由一種金

10、屬?gòu)娜芤褐兄脫Q另一種金屬的置換反應(yīng)而在金屬表面產(chǎn)生牢固金屬沉積層的過(guò)程。2、 電鍍：就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金的過(guò)程，是利用電解作用使金屬或其它材料制件的表面附著一層金屬膜的工藝從而起到防止腐蝕，提高耐磨性、導(dǎo)電性、反光性及增進(jìn)美觀等作用。3、 外延溫度：外延溫度是外延生長(zhǎng)難易程度的指標(biāo)。4、 分子束外延：是以蒸鍍?yōu)榛A(chǔ)發(fā)展起來(lái)的超薄層材料生長(zhǎng)新技術(shù)，是超高真空條件下的精控蒸發(fā)技術(shù)。它能夠在單晶襯底上制備厚度僅為原子層量級(jí)的高純完整單晶膜。1. 氣相生長(zhǎng)法可以分為三類(lèi)：升華法、蒸氣輸運(yùn)法、氣相反應(yīng)法氣體輸運(yùn)過(guò)程因其內(nèi)部壓力不同而主要有三種可能的方式（輸運(yùn)取決于什么

11、東西？壓力的三個(gè)級(jí)別）：當(dāng)壓力<102Pa時(shí)，輸運(yùn)速度主要決定于原子的速度。在102 3*105Pa之間的壓力范圍內(nèi)，分子運(yùn)動(dòng)主要由擴(kuò)散確定當(dāng)壓力>3*105Pa時(shí)，熱對(duì)流對(duì)確定氣體運(yùn)動(dòng)及其重要。3.溶液中生長(zhǎng)晶體的具體方法主要有：降溫法、流動(dòng)法（溫差法）、蒸發(fā)法、凝膠法4.水熱法生長(zhǎng)單晶體的設(shè)備裝置是：高壓釜5.晶體與殘余物的溶液分離開(kāi)的方法有：倒裝法和坩堝傾斜法。6.從熔體中生長(zhǎng)單晶體的典型方法大致有以下幾種：（大類(lèi)別和小類(lèi)別都要寫(xiě)）正常凝固法a、晶體提拉法b、坩堝下降法c、晶體泡生法d、弧熔法逐區(qū)熔化法a、水平區(qū)熔法b、浮區(qū)法c、基座法d、焰熔法7.提拉法生長(zhǎng)單晶體的加熱方式

12、有：電阻加熱和高頻感應(yīng)加熱；激光加熱；電子束加熱；等離子體加熱和弧光成像加熱。8.坩堝下降法即（BS方法）的分類(lèi)：垂直式、水平式。1薄膜材料的制備方法從學(xué)科上可以分為物理方法和化學(xué)方法；從具體方式上分，可以分為干式、濕式、噴涂三種方式。2. 薄膜的生長(zhǎng)過(guò)程可以分為以下三種類(lèi)型：核生長(zhǎng)型、層生長(zhǎng)型、層核生長(zhǎng)型。3. 物理氣相沉積（PVD)包括蒸發(fā)沉積（蒸鍍）、濺射沉積（濺射）和離子鍍等。4. 把蒸鍍材料加熱氣化的主要方法有：電阻加熱、電子束轟擊、射頻感應(yīng)等。5. 濺射鍍膜的裝置(方法)有：輝光放電；磁控濺射；離子束濺射。6. 離子鍍的設(shè)備方法有：空心陰極離子鍍；多弧離子鍍；雙離子束鍵；離子注入成

13、膜法。7. 化學(xué)氣相沉積可以分為即CVD設(shè)備有：熱化學(xué)氣相沉積；等離子體化學(xué)氣相沉積；光化學(xué)氣相沉積。8. 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的形式，化學(xué)氣相沉積可以分為以下兩類(lèi)：熱分解反應(yīng)沉積；化學(xué)反應(yīng)沉積。9. CVD的工藝裝置結(jié)構(gòu)主要有：反應(yīng)器（室）、供氣系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)。10. 反應(yīng)器的基本類(lèi)型有：立式、水平式、鐘罩式。11. CVD反應(yīng)器的分類(lèi)：按照沉積溫度的高低，可分為高溫（>500）CVD反應(yīng)器和低溫（<500）CVD反應(yīng)器。根據(jù)沉積時(shí)系統(tǒng)壓力大小，可分為常壓CVD（NPCVD）和低壓CVD（LPCVD）。12. 影響沉積質(zhì)量（CVD質(zhì)量）的因素：沉積溫度；反應(yīng)氣體的比例；基體對(duì)沉積膜層的影

14、響。13. 膜厚的測(cè)量與監(jiān)控的各種分類(lèi)：1) 稱(chēng)重法：a.石英晶體法 b.微量天平法 ；2) 電學(xué)方法：a.電阻測(cè)量法 b.電容測(cè)量法 c.品質(zhì)因素（Q值）變化測(cè)量法 d.電離法 ；3) 光學(xué)方法：a.測(cè)量光吸收系數(shù)的方法b.光干涉方法c.橢圓偏振法。14.膜厚的監(jiān)控方法：光電法，觸針?lè)ā?、晶體結(jié)合鍵型中屬于一次成鍵的是金屬鍵、離子鍵、共價(jià)鍵；屬于二次成鍵的是范德華鍵。2、fcc、bcc中的各個(gè)參數(shù) 結(jié)構(gòu)特征fcc面心立方bcc體心立方點(diǎn)陣常數(shù)aa原子半徑R晶胞內(nèi)原子數(shù)n42配位數(shù)CN128致密度K0.740.68密排方向<110><111>密排面111110四面體間

15、隙數(shù)量812八面體間隙數(shù)量46四面體間隙原子半徑八面體間隙原子半徑四面體間隙位置4個(gè)最近鄰原子的中心側(cè)面中心點(diǎn)1/4和3/4處八面體間隙位置體心和鄰邊中點(diǎn)面心和棱邊中點(diǎn)3、 鑄錠組織的鑄錠三區(qū)：表層細(xì)晶區(qū)（由細(xì)小等軸晶粒構(gòu)成）；柱狀晶區(qū)（由垂直于模壁層柱狀晶構(gòu)成）；中心等軸晶區(qū)（由粗大等軸晶構(gòu)成）。4、 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)取決于晶體的結(jié)構(gòu)和所處的能量條件；其檢測(cè)方法主要有：化學(xué)腐蝕法、X射線衍射形貌照相法、掃描電子顯微鏡法。5、 位錯(cuò)的形式有：刃型位錯(cuò)；螺型位錯(cuò)；混合位錯(cuò)（其滑移矢量既不平行也不垂直于位錯(cuò)線，而與位錯(cuò)線相交截任意角度）。1、 過(guò)飽和點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生方法有哪些？答：通常獲得過(guò)飽和點(diǎn)缺陷

16、的方式有以下三種：淬火。如果將晶體加熱到高溫，保溫足夠的時(shí)間，然后急冷到低溫（淬火），那么空位就來(lái)不及通過(guò)向位錯(cuò)、晶界等（漏洞）處擴(kuò)散而消失，因而晶體在低溫下含有過(guò)飽和的空位。冷加工。金屬在室溫下進(jìn)行壓力加工（冷加工）時(shí)會(huì)產(chǎn)生空位，其微觀機(jī)制是由于位錯(cuò)交割所形成的割階發(fā)生攀移。輻照。當(dāng)金屬受到高能粒子照射時(shí)，金屬點(diǎn)陣上的原子將被擊出，而進(jìn)入點(diǎn)陣間隙中。由于被擊出的原子具有很高的能量，它在進(jìn)入穩(wěn)定的間隙位置前還會(huì)將點(diǎn)陣上的其他原子擊出，后者又可能再擊出另外的原子，依次下去就會(huì)形成大量的、等量的空位和間隙原子。2、 柏氏矢量的確定方法？答：先確定位錯(cuò)線的方向（一般規(guī)定位錯(cuò)線垂直紙面時(shí)，由紙面向外為

17、正向），按右手法則做柏氏回路，右手大拇指指向位錯(cuò)線正向，回路方向按右手螺旋方向確定。然后將同樣大小的回路置于理想晶體中，回路不可能封閉，需要一額外的矢量連接才能封閉，這個(gè)矢量就是柏氏矢量。柏氏矢量與起點(diǎn)、路徑的選擇均無(wú)關(guān)。3、 柏氏矢量與位錯(cuò)類(lèi)型的關(guān)系是什么？答：若柏氏矢量與位錯(cuò)線平行，則為螺型位錯(cuò)。柏氏矢量與位錯(cuò)線同向的為右螺型位錯(cuò)，柏氏矢量與位錯(cuò)線反向的則為左螺型位錯(cuò)；若柏氏矢量與位錯(cuò)線相垂直，則為刃型位錯(cuò)，其正負(fù)用右手法則判定，多余半原子面在上的稱(chēng)為正刃型位錯(cuò)，反之為負(fù)刃型位錯(cuò)；若柏氏矢量與位錯(cuò)線成任意角度，則為混合位錯(cuò)。4、 位錯(cuò)反應(yīng)條件有哪幾類(lèi)？答：幾何條件根據(jù)柏氏矢量的守恒性，反應(yīng)

18、后諸位錯(cuò)的柏氏矢量之和應(yīng)等于反應(yīng)前諸位錯(cuò)的柏氏矢量之和，即能量條件從能量角度要求，位錯(cuò)反應(yīng)必須是一個(gè)伴隨著能量降低的過(guò)程。故反應(yīng)后的各位錯(cuò)的能量之和應(yīng)小于反應(yīng)前各位錯(cuò)的能量之和。即5、 晶體中的缺陷，根據(jù)其形態(tài)的不同分別為哪些類(lèi)型？分別說(shuō)明各種類(lèi)型的物理意義。答：點(diǎn)缺陷。它是完整晶體中一個(gè)或幾個(gè)原子規(guī)則排列被破壞的結(jié)果，所發(fā)生的區(qū)域的尺寸遠(yuǎn)小于晶體或晶粒的線度。線缺陷。若在某一方向上缺陷區(qū)的尺寸可與晶體或晶粒的線度相比擬，而在其它方向上的尺寸相對(duì)于晶體或晶粒的線度可以忽略不計(jì)的缺陷。面缺陷。若在共面的方向上缺陷區(qū)的尺寸可與晶體或晶粒的線度相比擬。而在穿過(guò)該面的任何方向上，缺陷區(qū)的尺寸都遠(yuǎn)小于晶

19、體或晶粒的線度。體缺陷。若在任何方向上缺陷區(qū)的尺寸都可與晶體或晶粒的線度相比擬的缺陷。6、 點(diǎn)缺陷有哪幾種基本類(lèi)型？分別作出說(shuō)明。答：點(diǎn)缺陷有兩種基本類(lèi)型：空位和填隙原子。 空位：空著的（或未被占據(jù)的）原子位置。填隙原子：擠進(jìn)點(diǎn)陣間隙中的原子。7、 位錯(cuò)有哪幾種基本類(lèi)型？其主要特征是什么？答：位錯(cuò)的基本類(lèi)型有：刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)。（1）刃型位錯(cuò) 1）刃型位錯(cuò)有一個(gè)額外的半原子面；2）刃型位錯(cuò)線可理解為晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線；3)滑移面必定是同時(shí)包含有位錯(cuò)線和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移。這是由于在刃型位錯(cuò)中，位錯(cuò)線與滑移矢量相垂直，所以，由它們構(gòu)成的平面只有一個(gè)；4)晶體中存在

20、刃型位錯(cuò)后，位錯(cuò)周?chē)狞c(diǎn)陣發(fā)生彈性畸變，既有切應(yīng)變，又有正應(yīng)變。；5)在位錯(cuò)線周?chē)倪^(guò)渡區(qū)（畸變區(qū)）每個(gè)原子具有較大的平均能量。（2）螺型位錯(cuò) 1)螺型位錯(cuò)沒(méi)有額外半原子面，原子錯(cuò)排是呈軸對(duì)稱(chēng)；2)螺型位錯(cuò)沿位錯(cuò)線原子面呈螺旋形，每繞軸一圈，原子面上升一個(gè)原子間距。3)螺型位錯(cuò)線與滑移矢量平行，因此一定是一直線，而且位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向相互垂直。4)純螺型位錯(cuò)的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位錯(cuò)線的平面都可以作為它的滑移面。實(shí)際上，滑移通常是在那些原子密排面上進(jìn)行。5)螺型位錯(cuò)線周?chē)狞c(diǎn)陣也發(fā)生了彈性畸變。6)螺型位錯(cuò)周?chē)狞c(diǎn)陣畸變隨離位錯(cuò)線距離的增加而急劇減少，是線缺陷。8、 位錯(cuò)

21、的運(yùn)動(dòng)方式有幾種？其形成原因分別是什么？答：位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方式有兩種：滑移、攀移?；频男纬稍颍何诲e(cuò)沿著滑移面的移動(dòng)，引起滑移面上、下的晶體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而晶體本身不發(fā)生體積變化。攀移的形成原因：刃型位錯(cuò)在垂直滑移面的方向上運(yùn)動(dòng)即產(chǎn)生攀移。其實(shí)質(zhì)是多余半原子面的伸長(zhǎng)或縮短。通常把多余半原子面向上移動(dòng)稱(chēng)為正攀移，向下移動(dòng)稱(chēng)為負(fù)攀移。9、 相變驅(qū)動(dòng)力及其與晶體生長(zhǎng)的關(guān)系。答：g：?jiǎn)蝹€(gè)原子由流體相轉(zhuǎn)變?yōu)榫w相時(shí)所引起的吉布斯自由能的降低量。晶體生長(zhǎng)過(guò)程實(shí)際上是晶體-流體界面向流體中推進(jìn)的過(guò)程。驅(qū)動(dòng)力所作的功應(yīng)等于系統(tǒng)的吉布斯自由能的降低，即 。由式 可知，當(dāng)相變驅(qū)動(dòng)力g<0時(shí)，表示f為正，指向流

22、體，晶體生長(zhǎng)；當(dāng)g=0時(shí)，f=0,界面不動(dòng)，晶體和溶液處于平衡，晶體不長(zhǎng)也不溶（熔）。當(dāng)g>0時(shí)，f為負(fù)，表示f 指向晶體，晶體溶解或熔化、升華。10、 界面壓力產(chǎn)生的原因及大小。答：產(chǎn)生原因：若兩相間存在彎曲界面，表面張力就會(huì)導(dǎo)致附加力的出現(xiàn)，結(jié)果彎曲界面處兩相的壓力就會(huì)彼此不等，其差值便產(chǎn)生，即為界面壓力。 界面壓力的大小決定于界面能的大小，彎曲界面的曲率半徑。 11、 開(kāi)爾芬關(guān)系式，分析r>0與r<0時(shí)，Pe與P0的大小關(guān)系。答：開(kāi)爾芬關(guān)系式（又稱(chēng)為吉布斯-湯姆遜關(guān)系式）為： 當(dāng)r>0時(shí)，表明界面凸向蒸氣，或晶體在氣相中以顆粒狀存在，此時(shí)有Pe>Po；當(dāng)r&

23、lt;0時(shí)，表明界面是凹向蒸氣，或氣相是在晶體的空腔中，此時(shí)有Pe<Po。12、界面能位壘。答：是指在表面能作用下，界面面積有縮小的趨勢(shì)，便產(chǎn)生了附加壓力。在具有一定的過(guò)飽和度或過(guò)冷度的亞穩(wěn)相中，能存在的晶體的最小尺寸是一定的，任何小于該臨界尺寸的晶體是不能存在的。這給晶體在亞穩(wěn)相中規(guī)定了一個(gè)臨界半徑尺寸，即界面能在晶體形成過(guò)程中所設(shè)置的障礙，稱(chēng)為形成過(guò)程中的熱力學(xué)位壘。在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，如果在晶體-流體界面上遇到了某種干擾，界面上出現(xiàn)的凸緣尺寸若小于當(dāng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力所規(guī)定的晶體能存在的最小尺寸，則此凸緣便自動(dòng)消失，即界面的穩(wěn)定性被破壞過(guò)程中的熱力學(xué)位壘。13、正溫度梯度和負(fù)溫度梯度下晶體的

24、生長(zhǎng)方式。答：正溫度梯度下，液相溫度梯度很大，不產(chǎn)生成分過(guò)冷。固溶體晶體以平面方式生長(zhǎng)，界面上的凸起，進(jìn)入過(guò)熱區(qū)會(huì)使熔化消失，故形成穩(wěn)定的平界面。液相溫度梯度減小，產(chǎn)生小的成分過(guò)冷。晶體以胞狀方式生長(zhǎng)。負(fù)溫度梯度下，液相溫度梯度更為平緩，成分過(guò)冷程度很大。晶體以樹(shù)枝狀方式生長(zhǎng)，界面上偶然的凸起，進(jìn)入過(guò)冷液體，得到大的生長(zhǎng)速度，并不斷分枝，形成樹(shù)枝狀骨架。14、居里烏爾夫定理。答：由熱力學(xué)可知，在恒溫恒壓下，一定體積的晶體與溶液或熔體處于平衡態(tài)時(shí)，它所具有的形態(tài)（平衡形態(tài)）應(yīng)使其總的表面能最小，即在趨于平衡態(tài)時(shí)晶體將調(diào)整自己的形態(tài)以便使自己的表面能降低至最小，即， 或者 。（是總的表面自由能；i

25、是第i個(gè)晶面的比表面能；Ai是第i個(gè)晶面的表面積；V是晶體的總體積。）15、 表面能級(jí)圖。 作法：從原點(diǎn)O作出所有可能存在的晶面的法線，取每一條法線的長(zhǎng)度比例于該晶面的表面能的大小，即1：2：3 = n1：n2：n3 式中，ni表示從結(jié)晶中心到第i個(gè)晶面的法線長(zhǎng)度。 這些直線族的端點(diǎn)的集合就表示表面能與晶面取向的關(guān)系，稱(chēng)這種反映表面能與晶面取向關(guān)系的圖形為晶體的表面能級(jí)圖。16、 根據(jù)界面相變熵如何劃分晶體生長(zhǎng)系統(tǒng)？答：第一類(lèi)：界面相變熵>2的系統(tǒng)，此系統(tǒng)中的晶體-環(huán)境相的界面是光滑的，臺(tái)階源可能成為限制晶體生長(zhǎng)的主要因素。第二類(lèi)：界面相變熵<2的生長(zhǎng)系統(tǒng)，晶體-環(huán)境相的界面是粗糙

26、的，限制這種系統(tǒng)生長(zhǎng)的主要過(guò)程是熱量和質(zhì)量的傳輸過(guò)程。17、 特姆金模型的基本假設(shè)是什么？答：特姆金模型，即擴(kuò)散模型，又稱(chēng)多層界面模型。基本假設(shè)如下：簡(jiǎn)立方晶體的001面；流體看成均勻的連續(xù)介質(zhì)，整個(gè)晶-流界面是由固體原子和流體原子的相互接觸的空間區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)的全部原子都位于相當(dāng)于實(shí)際固體的晶格座位上；界面層中特定面的層數(shù)用n表示，第n層所包含的原子座位數(shù)為N，其中坐有NS個(gè)固體塊和NF個(gè)流體塊，即N=Ns+NF ；定義第n層中固體塊的成分為Cn=NS/N，則流體塊的成分為（1-Cn）,當(dāng)n=-變化到n=+時(shí)，原子從完全固體相轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆黧w相；固體塊只能在固體塊上堆積，故，即在完全的流體塊

27、中沒(méi)有孤立的固體塊存在。1.面擴(kuò)散激活能、面擴(kuò)散的擴(kuò)散系數(shù)、面擴(kuò)散距離（定向遷移率）及其公式。 吸附分子進(jìn)行面擴(kuò)散需要克服的位壘，即吸附分子能夠面擴(kuò)散所必須具備的能量s。 a為晶面的晶格常數(shù)，為發(fā)生漂移必須等待的時(shí)間 在吸附分子的平均壽命內(nèi)，無(wú)規(guī)則的漂移在給定方向的遷移為Xs，2、定向遷移率對(duì)晶體生長(zhǎng)的基本過(guò)程影響 Xs的大小將影響到流體分子達(dá)到界面上扭折位置的途徑。若Xs較大，而界面上臺(tái)階的間距及臺(tái)階上扭折位置的距離小于Xs，則界面上所有的吸附分子的生長(zhǎng)只能按途徑B來(lái)進(jìn)行,如氣相生長(zhǎng)；若Xs很小，則生長(zhǎng)只能按途徑C來(lái)進(jìn)行，此時(shí)生長(zhǎng)只能是流體分子通過(guò)擴(kuò)散直接到達(dá)扭折位置，如溶液生長(zhǎng)。5. 弗蘭

28、克運(yùn)動(dòng)學(xué)第一定理：若晶面的法向生長(zhǎng)速率僅是傾角的函數(shù)，則給定傾角的面其生長(zhǎng)過(guò)程的軌跡為直線。4. 氣固系統(tǒng)、熔體系統(tǒng)與溶液系統(tǒng)中單直臺(tái)階運(yùn)動(dòng)速度與驅(qū)動(dòng)力的關(guān)系各參數(shù)的含義： ：?jiǎn)沃迸_(tái)階運(yùn)動(dòng)速率； ：過(guò)飽和度； :相變潛熱；Xs：定向遷移率；Vo：吸收分子上下振動(dòng)的頻率；T：溫度；T：過(guò)冷度；D:擴(kuò)散系數(shù)；a：晶格常數(shù)；Co：溶液的平衡濃度；Xo：臺(tái)階上扭折的間距：溶質(zhì)原子的體積；g：驅(qū)動(dòng)力。7. 如何劃分單二維和多二維生長(zhǎng)模式，單二維和多二維生長(zhǎng)的速率與驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系是什么？ （1）根據(jù)連續(xù)兩次成核的時(shí)間間隔tn與復(fù)蓋周期ts的大小關(guān)系： 若tn>>ts ，表明二維晶核形成后，在

29、新的二維晶核再次形成前有足夠的時(shí)間讓該核的臺(tái)階掃過(guò)整個(gè)晶面，因而每一層晶面的生長(zhǎng)僅用了一個(gè)二維晶核，為單二維核生長(zhǎng)； 若tn<<ts，表明單個(gè)核的臺(tái)階掃過(guò)晶面所需的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)連續(xù)二次成核的時(shí)間間隔，因而同一層晶面的生長(zhǎng)需要有兩個(gè)以上的二維晶核，為多二維核生長(zhǎng)。 （2）單二維核生長(zhǎng)： 多二維核生長(zhǎng)： 兩種二維晶核生長(zhǎng)過(guò)程的生長(zhǎng)速率R和驅(qū)動(dòng)力g之間的關(guān)系都是指數(shù)關(guān)系。8. 螺型位錯(cuò)生長(zhǎng)機(jī)制（圖解） 純螺型位錯(cuò)與光滑界面正交所產(chǎn)生的臺(tái)階把螺型位錯(cuò)的端點(diǎn)和晶面的邊緣連起來(lái)，在驅(qū)動(dòng)力作用下，臺(tái)階便向前推進(jìn)，且繞著此端點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，由于臺(tái)階內(nèi)端部分角速率大，因而臺(tái)階成為螺旋狀，如圖1開(kāi)始為直臺(tái)階，

30、在驅(qū)動(dòng)力的作用下臺(tái)階的運(yùn)動(dòng)。如果有一對(duì)異號(hào)螺型位錯(cuò)在表面露頭，間距大于2rc，其間的臺(tái)階運(yùn)動(dòng)如上圖2所示，由兩個(gè)中心傳出來(lái)的臺(tái)階相遇而消失，便形成一個(gè)閉合的臺(tái)階傳播出去，這樣不斷重復(fù)。1. 氣相生長(zhǎng)法的分類(lèi)升華法：是將固體在高溫區(qū)升華，蒸汽在溫度梯度的作用下向低溫區(qū)輸運(yùn)結(jié)晶的一種生長(zhǎng)晶體的方法。蒸汽輸運(yùn)法：是在一定的環(huán)境（如真空）下，利用運(yùn)載氣體生長(zhǎng)晶體的方法，通常用鹵族元素來(lái)幫助源的揮發(fā)和原料的輸運(yùn)，可以促進(jìn)晶體的生長(zhǎng)。氣相反應(yīng)法：即利用氣體之間的直接混合反應(yīng)生成晶體的方法。2. 在氣相系統(tǒng)中，通過(guò)可逆反應(yīng)生長(zhǎng)時(shí)，輸運(yùn)可以分為哪三個(gè)階段？在原料固體上的復(fù)相反應(yīng)。氣體中揮發(fā)物的輸運(yùn)。在晶體形成

31、處的復(fù)相逆向反應(yīng)。3. 氣體輸運(yùn)過(guò)程因其內(nèi)部壓力不同而主要有哪三種可能的方式？當(dāng)壓力<102Pa時(shí)，氣相中原子的平均自由程接近或大于典型設(shè)備的尺寸，原子或分子的碰撞可以忽略不計(jì)，輸運(yùn)速度主要決定于原子的速度。若在102 3*105Pa之間的壓力范圍內(nèi)操作，分子運(yùn)動(dòng)主要由擴(kuò)散確定。當(dāng)壓力>3*105Pa時(shí)，熱對(duì)流對(duì)確定氣體運(yùn)動(dòng)及其重要。4. 溶液中生長(zhǎng)晶體的具體方法主要有哪幾種？每種方法的基本原理是什么？降溫法是利用物質(zhì)較大的正溶解度溫度系數(shù)，在晶體生長(zhǎng)的過(guò)程中逐漸降低溫度，使析出的溶質(zhì)不斷在晶體上生長(zhǎng)。流動(dòng)法（溫差法）蒸發(fā)法基本原理是將溶劑不斷蒸發(fā)減少，從而使溶液保持在過(guò)飽和狀態(tài)，

32、晶體便不斷生長(zhǎng)。這種方法是在恒溫下進(jìn)行的。凝膠法是以凝膠（常用的是硅膠）作為擴(kuò)散和支持介質(zhì)，使一些在溶液中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)通過(guò)凝膠擴(kuò)散緩慢進(jìn)行，從而使溶解度較小的反應(yīng)物在凝膠中逐漸形成晶體的方法。5. 對(duì)高壓釜的要求應(yīng)滿足哪些條件？生長(zhǎng)結(jié)束后去除熔劑的方法有哪些？制作材料，要求在高溫高壓下有很高的強(qiáng)度，在溫度為200-1100范圍內(nèi)，能耐壓（2-100）*107Pa，耐腐蝕，化學(xué)穩(wěn)定性好。釜壁的厚度按理論公式計(jì)算：密封結(jié)構(gòu)良好。高壓釜的直徑與高度比。一般對(duì)于內(nèi)徑為100200mm的高壓釜來(lái)說(shuō)，內(nèi)徑與高度之比為1：16左右。內(nèi)徑增加，上述比例也相應(yīng)增加。耐腐蝕，特別是耐酸堿腐蝕。6. 理想的助熔劑

33、應(yīng)具備哪些物理化學(xué)特性？（5條以上就行）對(duì)晶體材料必須具有足夠大的溶解度。助溶劑在晶體中的固溶度應(yīng)盡可能小。具有盡可能小的粘滯性，以利于溶質(zhì)和能量的輸運(yùn)，從而有利于溶質(zhì)的擴(kuò)散和結(jié)晶潛熱的釋放。有盡可能低的熔點(diǎn)，盡可能高的沸點(diǎn)。具有很小的揮發(fā)性和毒性。對(duì)鉑或其他坩堝材料的腐蝕性要小。在熔融態(tài)時(shí)，助溶劑的比重應(yīng)于結(jié)晶材料相近，否則上下濃度不易均一。1. 核生長(zhǎng)型的生長(zhǎng)可以分為四個(gè)階段：1 成核：在此期間形成許多小的晶核，按統(tǒng)計(jì)規(guī)律分布在基片表面上；2 晶核長(zhǎng)大并形成較大的島。這些島具有小晶體的形狀；3 島與島之間聚接形成含有空溝道的網(wǎng)絡(luò)。溝道被填充。2. 真空蒸發(fā)鍍膜的幾個(gè)物理階段：1 錠積材料蒸

34、發(fā)或升華為氣態(tài)；2 原子（或分子）從蒸發(fā)源輸運(yùn)到基片上；3 蒸氣粒子在基片上沉積；4 粒子在基片表面重新排列或它們的鍵發(fā)生變化，凝結(jié)成膜。3. 殘存氣體對(duì)制膜的影響： 真空系統(tǒng)的殘余氣壓對(duì)蒸發(fā)過(guò)程和淀積膜的品質(zhì)有很大的影響。殘存氣壓如果足夠低，被蒸材料的分子可以直接運(yùn)輸?shù)交槐粴怏w分子散射，并保證氣體分子的平均的自由程比蒸氣源到基片的距離大得多，淀積膜的質(zhì)量才會(huì)好。殘余氣體也是蒸發(fā)薄膜受污染的原因之一，在蒸發(fā)淀積過(guò)程中，殘余氣體分子會(huì)撞擊帶基片上而被薄膜吸附和進(jìn)入薄膜中。殘余氣壓越低，對(duì)薄膜的污染越小，蒸發(fā)速率越大，污染也越小。4. 物理氣相沉積蒸發(fā)源的各種類(lèi)型的優(yōu)缺點(diǎn)：1 電阻加熱 優(yōu)點(diǎn)

35、：可蒸發(fā)不浸潤(rùn)加熱器的材料，效率較高（相當(dāng)于小型平面蒸發(fā)源） 缺點(diǎn)：只能向上蒸發(fā)。2 電子束加熱源 優(yōu)點(diǎn)：可以直接對(duì)蒸發(fā)材料加熱；裝蒸發(fā)料的容器可以是冷的或者用水冷卻，從而可避免材料與容器的反應(yīng)和容器材料的蒸發(fā)；可蒸發(fā)高熔點(diǎn)材料。 缺點(diǎn)：裝置復(fù)雜；只適合于蒸發(fā)單質(zhì)元素；殘余氣體分子和蒸發(fā)材料的蒸氣會(huì)部分被電子束電離。3 射頻感應(yīng)加熱即高頻加熱， 優(yōu)點(diǎn)：熱效率高，功率直接輸給蒸發(fā)材料，減少了傳導(dǎo)過(guò)程的損耗；當(dāng)蒸發(fā)料是半導(dǎo)體時(shí)，坩堝不需要導(dǎo)電或?qū)帷?缺點(diǎn)：需要復(fù)雜的高頻發(fā)生裝置，而且必須屏蔽，以防干擾；感應(yīng)線圈附近的殘余氣體易被高頻場(chǎng)電離。5.濺射鍍膜和蒸發(fā)鍍膜的區(qū)別是什么? 主要區(qū)別是：蒸發(fā)制

36、膜是將材料加熱汽化，而濺射制膜則是用離子轟擊靶材，將其原子打出來(lái)。相比之下，濺射的條件較蒸發(fā)要復(fù)雜些，沉積參數(shù)的控制也要難一些，因此應(yīng)用不如蒸發(fā)普遍。但是，濺射技術(shù)也有比蒸發(fā)優(yōu)越的地方，比如不存在膜材的分餾，不需加熱至高溫就能沉積耐熱合金膜，可以通過(guò)向真空系統(tǒng)內(nèi)添加所需要的反應(yīng)氣體來(lái)制備摻雜膜或氧化物膜，還可制備超高純薄膜等6. 影響沉積質(zhì)量（CVD質(zhì)量）的因素：1 沉積溫度：它是影響沉積質(zhì)量的主要因素。沉積溫度愈高，則沉積速率愈大，沉積物愈致密，從結(jié)晶學(xué)觀點(diǎn)看，沉積愈完善。但沉積溫度的選擇還要考慮沉積物結(jié)晶結(jié)構(gòu)的要求以及基體的耐熱性等。2 反應(yīng)氣體的比例：反應(yīng)氣體的濃度及相互間的比例是影響沉

37、積速率和質(zhì)量的又一因素。3 基體對(duì)沉積膜層的影響：一般要求沉積膜層與基體有一定的附著力，因而基體必須滿足以下條件：基體材料與沉積膜層材料之間有強(qiáng)的親和力；基體與沉積膜層在結(jié)晶結(jié)構(gòu)上有一定的相似性；基體材料與沉積膜層材料有相近的熱膨脹系數(shù)。界面結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)機(jī)制生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律動(dòng)力學(xué)規(guī)律熔體生長(zhǎng)中動(dòng)力學(xué)系數(shù)的估計(jì)光滑界面(奇異面)a>2層狀生長(zhǎng)完整晶體二維成核機(jī)制指數(shù)規(guī)律10<A<104/(cm/s)1<B<104/2缺陷晶體位錯(cuò)機(jī)制拋物線規(guī)律104<A<10-2/cm/(s.2)凹角機(jī)制粗糙界面a<2連續(xù)生長(zhǎng)線性規(guī)律1<A<103/cm/（s

38、.）1. 單晶生長(zhǎng)的方法如何分類(lèi)？它們各自的特點(diǎn)及適用范圍如何？氣相生長(zhǎng)法：包含有大量變量使生長(zhǎng)過(guò)程較難控制。通常僅適用于那些難以從液相或熔體生長(zhǎng)的材料。水溶液生長(zhǎng)法：基本原理是將原料（溶質(zhì)）溶解在溶劑中，采取適當(dāng)?shù)拇胧┰斐扇芤旱倪^(guò)飽和狀態(tài)，是晶體在其中生長(zhǎng)。生長(zhǎng)范疇包括水溶液、有機(jī)溶劑和其他無(wú)機(jī)溶劑的溶液、熔鹽（高溫溶液）以及水熱溶液等。水熱生長(zhǎng)法：是一種在高溫高壓下的過(guò)飽和水溶液中進(jìn)行結(jié)晶的方法?？梢院铣伤?、剛玉、方解石、氧化鋅以及一系列的硅酸鹽、鎢酸鹽和石榴石等上百種晶體。熔鹽生長(zhǎng)法：優(yōu)點(diǎn)在于可以借助高溫溶劑，是溶質(zhì)相在遠(yuǎn)低于其熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行生長(zhǎng)。適用范圍很廣泛，因?yàn)閷?duì)于任何材料原則

39、上說(shuō)都等找到一種溶劑，但在實(shí)際生長(zhǎng)中要找到適合的溶劑卻是熔鹽法生長(zhǎng)的一個(gè)既困難又很關(guān)鍵的問(wèn)題。熔體生長(zhǎng)法：具有生長(zhǎng)快、晶體的純度高、完整性好等優(yōu)點(diǎn)。生長(zhǎng)的高質(zhì)量單晶不僅限于高技術(shù)應(yīng)用方面，而且還是基礎(chǔ)理論研究的極好樣品。2. 闡述氣相法生長(zhǎng)晶體的基本原理及其方法、輸運(yùn)方式。 氣相法生長(zhǎng)晶體基本原理：對(duì)于某個(gè)假設(shè)的晶體模型，氣相原子或分子運(yùn)動(dòng)到晶體表面，在一定的條件（壓力、溫度等）下被晶體吸收，形成穩(wěn)定的二維晶核。在晶面上采生臺(tái)階，再俘獲表面上進(jìn)行擴(kuò)散的吸附原子，臺(tái)階運(yùn)動(dòng)、蔓延橫貫整個(gè)表面，晶體便生長(zhǎng)一層原子高度，如此循環(huán)往復(fù)即能長(zhǎng)出塊狀或薄膜狀晶體。 方法：升華法、蒸汽輸運(yùn)法、氣相反應(yīng)法。 輸運(yùn)方式主要靠擴(kuò)散和對(duì)流來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)流和擴(kuò)散的方式雖然較多，但主要還是取決于系統(tǒng)中的溫度梯度和蒸汽壓力或蒸汽密度。3. 何為晶體水熱生長(zhǎng)法？試闡述-水晶生長(zhǎng)的基本工藝和生長(zhǎng)參數(shù)。 其是一種在高溫高壓下的過(guò)飽和水溶液中進(jìn)行結(jié)晶的方法。 水熱法生長(zhǎng)水晶的過(guò)程是水晶在高壓釜內(nèi)進(jìn)行水熱溶解反應(yīng)，形成絡(luò)合物，通過(guò)溫度對(duì)流從溶解區(qū)傳遞至生長(zhǎng)區(qū)，把生長(zhǎng)所需的溶質(zhì)供給籽晶。 生長(zhǎng)參數(shù)：培養(yǎng)料溫度（400）、籽晶溫度（360）、充滿度（80）、壓力（1.5*108