晶體生長的機(jī)理

1、第五章一、              什么是成核相變、基本條件成核相變：在亞穩(wěn)相中形成小體積新相的相變過程。條件：1、熱力學(xué)條件：G=GS-GL<0；T>0。2、結(jié)構(gòu)條件：能量起伏、結(jié)構(gòu)起伏、濃度起伏、擴(kuò)散短程規(guī)則排列（大小不等，存在時(shí)間短，時(shí)聚時(shí)散，與固相有相似結(jié)構(gòu)，之間有共享原子）晶坯晶胞。相變驅(qū)動(dòng)力：f=-g/S；g每個(gè)原子由流體相轉(zhuǎn)變成晶體相所引起的自由能降低；S單個(gè)原子的體積。氣相生長體系：(T0 P0)(T0 P1)，g=-kT0，=-1=

2、P1/ P0；溶液生長體系：(C0 T0 P0)(C1 T0 P0)，g=-kT0，=-1= C1/ C0；熔體生長體系：g=-lmT/Tm，lm單個(gè)原子的相變潛熱。二、              均勻成核、非均勻成核不含結(jié)晶物質(zhì)時(shí)的成核為一次成核，包括均勻成核（自發(fā)產(chǎn)生，不是靠外來的質(zhì)點(diǎn)或基底誘發(fā)）和非均勻成核。三、            

3、60; 均勻成核的臨界晶核半徑與臨界晶核型成功臨界晶核：成核過程中，能穩(wěn)定存在并繼續(xù)長大的最小尺寸晶核。G=GV+GS，球形核G=-4r3g/S+4r2SLr C=2SLS/g，r<r C時(shí)，G>0，且隨著r的增加，G不斷增大，r>r C時(shí)，G<0，且隨著r的增加，G減小，r=r C時(shí)，往兩邊都有G<0，稱r C為臨界半徑。臨界晶核型成功：GC(r C)=ACSL/3由能量起伏提供。熔體生長體系：r C=2SLS Tm/lm T；GC(r C)=163SL2ST2m/3l2m(T)2四、      

4、60;       非均勻成核（體系中各處成核幾率不相等的成核過程）表面張力與接觸角的關(guān)系： LB = SB + LS cosG*(r)= (-4r3g/S+4r2SL)·f()；r*C=2SLS/g；G*C(r*C)=GC(r C) ·f()f()=(2+cos)(1-cos)2/41G*C(r*C) GC(r C)；G*C(r*C) = *C五、              點(diǎn)陣匹配原

5、理（“結(jié)構(gòu)相似，尺寸相應(yīng)”原理）兩個(gè)相互接觸的晶面結(jié)構(gòu)（點(diǎn)陣類型，晶格常數(shù)、原子大?。┰浇?，它們之間的表面能越小，即使只在接觸面的某一方向上結(jié)構(gòu)排列配合得比較好，也會(huì)使表面能有所降低。第六章一、              基本概念：光滑和粗糙界面、側(cè)面生長、連續(xù)生長、扭折、螺位錯(cuò)生長、二維成核粗糙界面：原子的尺度衡量高低不平、存在有厚度為幾個(gè)原子間距的過渡層。法向“連續(xù)生長”，各處成核幾率相同，擴(kuò)散控制。宏觀形貌為平界面。光滑界面：兩側(cè)的固液兩相截然分開。顯示出完

6、整的原子密排晶面，從原子尺度光滑，從宏觀來看不平整。小平面界面。在臺(tái)階處生長，稱為側(cè)面長大。法向不連續(xù)生長，二維成核、螺型位錯(cuò)、孿晶面。臺(tái)階：奇異面上的一條連續(xù)曲線，線之兩側(cè)的晶面有一個(gè)生長單元的高度差。扭折-kink-半晶位置：臺(tái)階的轉(zhuǎn)折處；近鄰數(shù)是體內(nèi)原子近鄰數(shù)的一半，生長的最佳位置。二、              界面能級圖與晶面分類從原點(diǎn)o出發(fā)作出所有可能存在的晶面的法線，取每一法線長度比例于該晶面的界面能大小，這一直線組的端點(diǎn)集合就表示了界面能關(guān)于晶面取向

7、的關(guān)系，該圖即界面能級圖?？纱_定小單晶的平衡形態(tài)：界面能級圖的最小內(nèi)結(jié)多面體。居里·烏爾夫原理：趨于平衡態(tài)時(shí)，體積不變前提下，晶體將調(diào)整自己的形狀使本身的總界面能最低。晶體生長定律：為達(dá)到上述要求，必須滿足：1/h1=2/h2=i/hi；i第i個(gè)晶面的表面張力，hi晶面到晶體中心的距離。晶面分類：奇異面（界面能級圖中能量最低方向，尖點(diǎn)，不連續(xù)；低指數(shù)面，密積面）；鄰位面（在取向上和奇異面只有小角度偏離的晶面；平臺(tái)-臺(tái)階式界面）；非奇異面（和奇異面有較大偏離的晶面；粗糙界面）表面能的各向異性鄰位面的臺(tái)階化（鄰位面結(jié)構(gòu)畸變大，界面能大，幾組奇異面組成時(shí)雖然S增大，但是能量還是降低的）；t

8、g=-hk（：鄰位面偏離奇異面的角度；h：臺(tái)階高度，k：臺(tái)階密度）。臺(tái)階棱邊能的各向異性臺(tái)階的扭折化；tg=-hk（：臺(tái)階與密排方向的夾角；h：臺(tái)階高度，k：扭折密度）三、              BCF理論完整光滑突變界面模型（Kossel模型）二維成核非完整光滑突變界面模型（Frank模型）螺位錯(cuò)如果一個(gè)位錯(cuò)的Burgers矢量包含垂直于界面的分量，則這個(gè)位錯(cuò)即可成為晶體生長的臺(tái)階源BCF理論四、     &#

9、160;        Jackson因子、Jackson模型、分類粗糙突變界面模型（Jackson模型/單原子層界面模型）：尋找恒T、P條件下，體系自由能高低與界面粗糙度的關(guān)系。G/NkTE=x(1-x)+xlnx+(1-x)ln(1-x)粗糙度：x=N/N固體原子在位置上的比例；X=50%粗糙界面；x=0、1光滑界面。過冷度很難改變生長模式，即物質(zhì)一旦確定生長機(jī)理也就隨之而定。Jackson因子=(L0/kTE)·(1/z)界面相變熵。>2，光滑界面；<2，粗糙界面。L0/kTE相變熵，決定于物質(zhì)及

10、相變類型；1/z結(jié)構(gòu)因子，反應(yīng)各向異性，1界面內(nèi)配位數(shù)，z體配位數(shù)。五、              布拉維法則、推論Bravais法則：晶體上的實(shí)際晶面平行于面網(wǎng)密度大（晶面間距大，生長速度慢，高配位數(shù)）的面網(wǎng)，而且面網(wǎng)密度越大，相應(yīng)晶面的重要性越大（晶面本身大小、出現(xiàn)的頻率、是否平行于解理面）。六、              界面的動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)換結(jié)論界面結(jié)構(gòu)生長機(jī)制生長動(dòng)力學(xué)規(guī)律模型光滑界面、奇異面（>2）二維成核V=Aexp(-B/T)Kossel模型位錯(cuò)機(jī)制V=A(T)2