期末复习 半导体材料知识讲解
半导体器件的基本知识
半导体器件的基本知识半导体器件的基本知识，真是个神奇的世界。
咱们常常提到“半导体”，脑海里浮现出那些小小的芯片，觉得它们离我们有点遥远。
其实，半导体就在我们身边，像个无形的助手，让生活变得更加便利。
一、半导体的基本概念1.1 半导体是什么？半导体，简单来说，就是一种介于导体和绝缘体之间的材料。
它们在某些条件下能导电，在其他情况下又不导电。
是不是听上去有点神秘？其实，最常见的半导体材料就是硅。
我们用的手机、电脑，里面的处理器，几乎都离不开硅的身影。
1.2 半导体的特性半导体有很多奇妙的特性，比如它的电导率。
温度变化、杂质掺入，都会影响它的导电性能。
说白了，半导体的电性就像人心一样，瞬息万变。
通过控制这些特性，工程师们可以设计出各种各样的电子器件。
二、半导体器件的类型2.1 二极管咱们来聊聊二极管。
这小家伙看似简单，却是半导体世界的基石。
二极管只允许电流朝一个方向流动。
它就像个单行道，确保电流不走回头路。
常见的应用就是整流器，把交流电转成直流电。
这在生活中非常重要，大家用的手机充电器，就离不开二极管的帮助。
2.2 晶体管接下来是晶体管。
晶体管的发明可谓是科技界的一场革命。
它不仅能放大电信号，还能用作开关，控制电流的流动。
晶体管的出现，让电子产品变得更小、更快。
你知道吗？现代计算机的核心，CPU，里面就有成千上万的晶体管在默默工作。
2.3 其他器件还有很多其他的半导体器件，比如场效应管、光电二极管等。
每种器件都有其独特的用途和应用领域。
它们一起构成了一个复杂而又和谐的生态系统。
可以说，半导体器件的多样性是现代科技发展的动力。
三、半导体的应用3.1 消费电子说到应用，咱们首先想到的就是消费电子。
手机、平板、电视，都是半导体的舞台。
随着科技的进步，半导体技术不断演变，产品功能越来越强大，性能越来越高。
可以说，半导体让我们的生活变得丰富多彩。
3.2 工业应用除了消费电子，半导体在工业中也大显身手。
自动化设备、传感器、控制系统，全都依赖于半导体技术的支持。
半导体知识点总结大全
半导体知识点总结大全引言半导体是一种能够在一定条件下既能导电又能阻止电流的材料。
它是电子学领域中最重要的材料之一，广泛应用于集成电路、光电器件、太阳能电池等领域。
本文将对半导体的知识点进行总结，包括半导体基本概念、半导体的电子结构、PN结、MOS场效应管、半导体器件制造工艺等内容。
一、半导体的基本概念（一）电子结构1. 原子结构：半导体中的原子是由原子核和围绕原子核轨道上的电子组成。
原子核带正电荷，电子带负电荷，原子核中的质子数等于电子数。
2. 能带：在固体中，原子之间的电子形成了能带。
能带在能量上是连续的，但在实际情况下，会出现填满的能带和空的能带。
3. 半导体中的能带：半导体材料中，能带又分为价带和导带。
价带中的电子是成对出现的，导带中的电子可以自由运动。
（二）本征半导体和杂质半导体1. 本征半导体：在原子晶格中，半导体中的电子是在能带中的，且不受任何杂质的干扰。
典型的本征半导体有硅（Si）和锗（Ge）。
2. 杂质半导体：在本征半导体中加入少量杂质，形成掺杂，会产生额外的电子或空穴，使得半导体的导电性质发生变化。
常见的杂质有磷（P）、硼（B）等。
（三）半导体的导电性质1. P型半导体：当半导体中掺入三价元素（如硼），形成P型半导体。
P型半导体中导电的主要载流子是空穴。
2. N型半导体：当半导体中掺入五价元素（如磷），形成N型半导体。
N型半导体中导电的主要载流子是自由电子。
3. 载流子浓度：半导体中的载流子浓度与掺杂浓度有很大的关系，载流子浓度的大小决定了半导体的电导率。
4. 质量作用：半导体中载流子的浓度受温度的影响，其浓度与温度成指数关系。
二、半导体器件（一）PN结1. PN结的形成：PN结是由P型半导体和N型半导体通过扩散结合形成的。
2. PN结的电子结构：PN结中的电子从N区扩散到P区，而空穴从P区扩散到N区，当N区和P区中的载流子相遇时相互复合。
3. PN结的特性：PN结具有整流作用，即在正向偏置时具有低电阻，反向偏置时具有高电阻。
半导体基本知识总结
半导体基本知识总结半导体是一种介于导体（如金属）和绝缘体（如橡胶）之间的材料。
它的电导率介于导体和绝缘体之间，可以在特定条件下导电或导热。
半导体材料通常由硅（Si）或锗（Ge）等元素组成。
半导体具有以下几个重要特性：1. 带隙: 半导体具有能带隙，在原子之间存在禁止带，使得半导体在低温状态下几乎没有自由电子或空穴存在。
当半导体受到外部能量或掺杂杂质的影响时，带隙可以被克服，进而产生导电或导热行为。
2. 导电性: 半导体的电导性取决于其材料内部的掺杂情况。
掺杂是指将杂质元素（如硼或磷）引入半导体材料中，以改变其电子特性。
N型半导体中的杂质元素会提供额外的自由电子，增加导电性；P型半导体中的杂质元素会提供额外的空穴，也可以增加导电性。
3. PN结: PN结是由P型半导体和N型半导体通过特定方式连接而成的结构。
PN结具有整流特性，只允许电流在特定方向上通过。
当正向偏置（即正端连接正极，负端连接负极）时，电流可以自由通过；而反向偏置时，几乎没有电流通过。
4. 半导体器件: 多种半导体器件被广泛使用，如二极管、晶体管和集成电路。
二极管是一种具有正向和反向导电特性的器件，可用于整流和电压稳定等应用。
晶体管是一种具有放大和开关功能的半导体器件。
集成电路是把多个晶体管、电阻和电容等器件集成在一起，成为一个小型电路单元，用于各种电子设备。
半导体的发现和发展极大地推动了现代电子技术的进步。
它不仅广泛应用于计算机、通信设备和电子产品，还在光电子学、太阳能电池和传感器等领域发挥着重要作用。
随着半导体技术的不断发展，人们对于半导体材料与器件的研究仍在进行，为电子技术的未来发展提供了无限可能性。
《半导体》 讲义
《半导体》讲义一、什么是半导体在我们生活的这个科技时代，半导体无疑是一项至关重要的技术。
但到底什么是半导体呢？简单来说，半导体是一种导电性介于导体和绝缘体之间的材料。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。
导体大家都比较熟悉，像铜、铝这样电导率很高的材料就是导体，电流在其中能够轻松地流动。
而绝缘体呢，比如橡胶、塑料，它们几乎不导电。
半导体则处于这两者之间，其电导率可以通过一些方式进行调节和控制。
半导体的这种特性使得它能够在电子设备中发挥关键作用。
比如，我们日常使用的手机、电脑，里面的芯片就是由半导体材料制成的。
二、半导体的特性半导体具有一些独特的特性，这使得它们在电子领域具有广泛的应用。
1、热敏特性半导体的电导率会随着温度的变化而发生显著改变。
温度升高时，半导体中的载流子（电子和空穴）数量增加，电导率也随之提高。
利用这一特性，可以制作热敏电阻等温度传感器。
2、光敏特性半导体在受到光照时，其电导率也会发生变化。
这一特性被用于制作光电探测器、太阳能电池等。
3、掺杂特性通过向纯净的半导体中掺入少量的杂质元素，可以显著改变其电导率和电学性质。
这种掺杂过程就像是给半导体“调味”，让它能够满足不同的应用需求。
三、半导体的制造工艺要将半导体材料变成实用的电子器件，需要经过一系列复杂而精细的制造工艺。
1、晶圆制备首先，需要制备出高纯度的半导体晶圆。
通常是从硅矿石中提炼出硅，然后通过一系列的提纯和结晶工艺，制成单晶硅晶圆。
2、光刻这是半导体制造中非常关键的一步。
通过光刻技术，可以在晶圆表面涂上光刻胶，然后用紫外线透过掩膜版照射，使光刻胶发生化学反应，从而在晶圆表面形成所需的图案。
3、刻蚀在光刻形成图案后，使用化学或物理方法对晶圆进行刻蚀，去除不需要的部分，留下所需的半导体结构。
4、掺杂如前所述，通过掺杂来改变半导体的电学性质。
5、薄膜沉积在晶圆表面沉积各种薄膜，如绝缘层、金属层等。
6、封装测试完成制造后，对芯片进行封装，以保护芯片并提供电气连接，然后进行测试，确保其性能符合要求。
半导体知识点总结
半导体知识点总结半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，它具有一些特殊的电子性质，因此在现代电子技术中具有重要的应用。
本文将对半导体的基本概念、特性、原理以及应用进行详细的介绍和总结。
一、半导体的基本概念1、半导体材料半导体材料是一类电阻率介于导体和绝缘体之间的材料，它具有一些特殊的电子能带结构。
常见的半导体材料包括硅(Si)、锗(Ge)、GaAs等。
2、半导体的掺杂半导体材料经过掺杂后，可以改变其电子结构和导电性质。
常见的掺杂有N型和P型两种类型，分别通过掺入杂质原子，引入额外的自由电子或空穴来改变半导体的导电性质。
3、半导体的结构半导体晶体结构通常是由大量的晶格排列组成，具有一定的晶格参数和对称性。
在半导体器件中，常见的晶体结构有晶体管、二极管、MOS器件等。
二、半导体的特性1、能带结构半导体的能带结构是其特有的性质，它决定了半导体的导电性质。
半导体的能带结构通常包括价带和导带，其中价带中填充电子的能级较低，而导带中电子的能级较高，两者之间的能隙称为禁带宽度。
2、电子迁移和载流子在外加电场的作用下，半导体中的自由电子和空穴可以在晶体内迁移，并形成电流。
这些移动的载流子是半导体器件工作的基础。
3、半导体的导电性半导体的导电性是由自由电子和空穴共同贡献的，通过掺杂和外加电场的调制，可以改变半导体的导电性。
三、半导体的原理1、P-N结P-N结是半导体器件中最基本的结构之一，它由P型半导体和N型半导体组成。
P-N结具有整流、放大、开关等功能，是二极管、光电二极管等器件的基础。
2、场效应器件场效应器件是一类利用外加电场控制半导体导电性质的器件，包括MOS场效应管、JFET场效应管等。
场效应器件具有高输入电阻、低功耗等优点，在数字电路和模拟电路中得到广泛应用。
3、半导体光电器件半导体光电器件是一类利用光电效应将光能转化为电能的器件，包括光电二极管、光电导电器件等。
光电器件在光通信、光探测、光伏等领域有着重要的应用。
(整理)半导体基础知识.
1.1 半导体基础知识概念归纳本征半导体定义：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
电流形成过程：自由电子在外电场的作用下产生定向移动形成电流。
绝缘体原子结构：最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子。
绝缘体导电性：极差。
如惰性气体和橡胶。
半导体原子结构：半导体材料为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧。
半导体导电性能：介于半导体与绝缘体之间。
半导体的特点：★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。
★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。
晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。
共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。
自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。
空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。
电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流。
空穴电流：价电子按一定的方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。
本征半导体的电流：电子电流+空穴电流。
自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。
载流子：运载电荷的粒子称为载流子。
导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。
本征半导体电的特点：本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。
本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。
复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。
动态平衡：在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达到动态平衡。
载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。
半导体知识点总结高中
半导体知识点总结高中一、半导体的概念半导体是介于导体和绝缘体之间的一类物质。
在半导体中，电子的导电能力比绝缘体好，但并不及导体好。
半导体的导电机制是通过外加电场或光照来改变材料的导电性质。
二、半导体的基本性质1. 禁带宽度：半导体的能带结构是由价带和导带组成，两者之间的能带间隙称为禁带宽度。
禁带宽度决定了半导体的电学特性，一般被用来区分半导体的种类，如硅、锗等。
2. 导电机制：半导体的导电机制主要有两种，一是载流子的浓度可以通过外加电场或光照来改变，此时的导电机制称为电场效应或光照效应。
二是在高温下，少数载流子的浓度大大增加，使得半导体发生了电导，此时的导电机制称为热激发。
3. 施主和受主：半导体材料中的掺杂原子可以分为施主和受主，施主是指掺入材料中导致材料带负电性的原子，而受主是指导致带正电性的原子。
4. 电子与空穴：当半导体中的原子受到激发时，可以形成自由电子和自由空穴，这两者是载流子的基本单位。
三、半导体器件1. 二极管：二极管是一种半导体器件，它由P型区和N型区组成，具有单向导电性。
当加在二极管两端的电压大于开启电压时，二极管就开始导电了。
2. 晶体三极管：晶体三极管是一种电子器件，是由两个P型半导体和一个N型半导体层堆积而成的。
晶体三极管有放大信号、开关控制信号等功能。
四、半导体材料1. 硅(Si)：硅是目前最常用的半导体材料，具有稳定性好、制备工艺成熟、价格便宜等特点。
硅半导体的电子迁移率不高，电导率较低，但是它便宜易得，并且有很好的化学稳定性。
2. 锗(Ge)：在早期半导体技术中，锗是最早用作半导体材料的。
锗具有良好的电子迁移率，是一种重要的电子材料。
五、半导体的应用1. 微电子器件：微电子器件是半导体的最主要应用之一。
我们所见到的电子产品、电脑、手机等都离不开半导体器件。
2. 光电器件：半导体材料具有优异的光电性能，可以制备出各种光电器件，如光电二极管、光电晶体管等。
3. 太阳能电池：半导体材料可以转化光能为电能，利用太阳能电池板中的半导体材料可以将阳光直接转换为电能。
半导体材料（复习资料）
半导体材料（复习资料）半导体材料复习资料0:绪论1.半导体的主要特征：（1）电阻率在10-3 ~ 109 ??cm 范围（2）电阻率的温度系数是负的（3）通常具有很高的热电势（4）具有整流效应（5）对光具有敏感性，能产生光伏效应或光电导效应2.半导体的历史：第一代：20世纪初元素半导体如硅（Si）锗（Ge）；第二代：20世纪50年代化合物半导体如砷化镓（GaAs）铟磷（InP）；第三代：20世纪90年代宽禁带化合物半导体氮化镓（GaN）碳化硅（SiC）氧化锌（ZnO）。
第一章：硅和锗的化学制备第一节：硅和锗的物理化学性质１.硅和锗的物理化学性质１）物理性质硅和锗分别具有银白色和灰色金属光泽，其晶体硬而脆。
二者熔体密度比固体密度大，故熔化后会发生体积收缩（锗收缩5.5%，而硅收缩大约为10%）。
硅的禁带宽度比锗大，电阻率也比锗大4个数量级，并且工作温度也比锗高，因此它可以制作高压器件。
但锗的迁移率比硅大，它可做低压大电流和高频器件。
2）化学性质（1）硅和锗在室温下可以与卤素、卤化氢作用生成相应的卤化物。
这些卤化物具有强烈的水解性，在空气中吸水而冒烟，并随着分子中Si(Ge)?H键的增多其稳定性减弱。
（2）高温下，化学活性大，与氧，水，卤族(第七族)，卤化氢，碳等很多物质起反应，生成相应的化合物。
注：与酸的反应（对多数酸来说硅比锗更稳定）；与碱的反应（硅比锗更容易与碱起反应）。
2.二氧化硅（SiO2）的物理化学性质物理性质：坚硬、脆性、难熔的无色固体，1600℃以上熔化为黏稠液体，冷却后呈玻璃态存在形式：晶体(石英、水晶)、无定形(硅石、石英砂) 。
化学性质：常温下，十分稳定，只与HF、强碱反应3.二氧化锗（GeO2）的物理化学性质物理性质：不溶于水的白色粉末，是以酸性为主的两性氧化物。
两种晶型：正方晶系金红石型，熔点1086℃；六方晶系石英型，熔点为1116℃化学性质：不跟水反应，可溶于浓盐酸生成四氯化锗，也可溶于强碱溶液，生成锗酸盐。
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半导体材料的分类（按化学组成分类）
• 无机物半导体
– 元素半导体：（Ge, Si） – 化合物半导体
• 三、五族GaAs • 二、六族
• 有机物半导体
6
能带理论（区别三者导电性）
• 金属中，由于组成金属的原子中的价电子占据的 能带是部分占满的，所以金属是良好的导体。
• 半导体由于禁带宽度比较小，在温度升高或有光 照时，价带顶部的电子会得到能量激发到导带中 去，这样在导带中就有自由电子，在价带中就相 应的缺少电子，等效为带有正电子的空穴，电子 和空穴同时参与导电，使得半导体具有一定的导 电性能。
• 一般对于绝缘体，禁带宽度较大，在温度升高或 有光照时，能够得到能量而跃迁到导带的电子很 少，因此绝缘体的导电性能很差。
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半导体结构类型
• 金刚石结构（Si/Ge):同种元素的两套面心 立方格子沿对角线平移1/4套构而成
• 闪锌矿（三、五族化合物如GaAs)：两种元 素的两套面心立方格子沿对角线平移1/4套 构而成
效应
12
作业
• 1.什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系 数？
• 2.写出BPS公式及各个物理量的含义，并讨论影响 分凝系数的因素。
• 3.分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中 杂质浓度Cs公式,并说明各个物理量的含义。
• 4.说明为什么实际区熔时，最初几次要选择大熔 区后几次用小熔区的工艺条件。
半导体材料
期末复习
2
考试题型
• 填空30分，每空一分 • 判断题10分，每题一分 • 名词解释20分，每题4分 • 问答题40分，6个题目 • AB卷
3
半导体材料概述
• 从电学性质上讲（主要指电阻率）
– 绝缘体1012—1022 Ω.cm – 半导体10-6—1012 Ω.cm – 良导体≤10-6Ω.cm – 正温度系数（对电导率而言） – 负温度系数（对电阻率而言） – 导体？？？？
➢ 熔区的移动速度
➢ 电磁搅拌或高频电磁场的搅动作用，使扩散加速， δ 变薄， 使keff与Ko接近，分凝的效果也越显著
➢ 凝固速 度 f 越慢，keff与Ko接近，分凝的效果也越显著
➢ 区熔次数的选择
区熔次数的经验公式
n=(1-1.5)L/l
➢ 质量输运 通过使锭料倾斜一个角度，用重力作用消除质量输运
• 形核为什么需要形核功？均匀形核与非均匀 形核形核功有何差别？
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四、硅锗晶体中的杂质和缺陷
• 硅锗中杂质的分类 • 杂质对材料性能的影响 • 直拉法单晶中纵向电阻率均匀性的控制方法 • 位错对材料性能的影响 • 位错对器件的影响
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五 硅外延生长
• 名词解释 同质外延,异质外延,直接外延,间接外延，正外延，
反外延，自掺杂，外掺杂 • 外延不同的分类方法以及每种分类所包括的种类 • 硅气相外延原料 • 硅气相外延分类 • 用SiCL4外延硅的原理以及影响硅外延生长的因素 • 抑制自掺杂的途径？ • 如何防止外延层的夹层？ • 硅的异质外延有哪两种 • 在SOS技术中存在着外延层的生长和腐蚀的矛盾，如何解
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八三五族多元化合物半导体
• 什么是同质结？ 异质结？异质结的分类有 哪些？
• 什么是超晶格？势阱？势垒？量子阱？
23
• 认真复习期末复习ppt • 考试时认真审题，不要遗漏问题 • 尽量回答所有空格，问答题
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决？ • SOI 材料的制备方法有哪些？各自是如何实现的？
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作业
• 什么是同质外延,异质外延,直接外延,间接 外延?
• 什么是自掺杂?外掺杂?抑制自掺杂的途径有 哪些?
• 什么是SOS,SOI技术 • SOI材料的生长方法有哪些?每种方法是如何
实现的?
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六 三五族化合物半导体
• 什么是直接跃迁型能带,什么是间接跃迁型 能带?硅锗属于什么类型,砷化镓属于什么类 型?
• 平衡分凝系数与杂质集中的关系P20图2－1 • BPS公式及各个物理量的含义；分析如何提高分
凝效果，如何变成对数形式 • 影响区熔提纯的因素 • 区熔的分类，硅和锗各采用什么方法
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影响区熔的因素
➢ 熔区长度
➢ 一次区熔的效果，l越大越好 ➢ 极限分布时，l越小，锭头杂质浓度越低，纯度越高
➢ 应用：前几次用宽熔区，后几次用窄熔区。
• 砷化镓单晶的生长方法有哪几种？ • 磷化镓单晶的生长方法
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七 三五族化合物半导体的外延生长
• MBE生长原理 • 写出下列缩写的中文全称 • CVD，PVD，VPE，SOS ，SOI ，MOCVD，MBE，
LPE，CBE，ALE ，MLE • 名词解释 • 气相外延 液相外延 • 金属有机物气相沉积 分子束外延 化学束外延 • 蒸发 溅射
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三.晶体生长理论基础
• 晶体生长的方式 • 晶体形成的热力学条件 • 晶体生长的三个阶段 • 均匀成核，非均匀成核 • 均匀成核过程中体系自由能随晶胚半径的变化关
系分析；图3－2－－P39，各种晶胚的特点 • 硅锗单晶的生长方法 • 直拉法生长单晶的工艺步骤p63 • 结晶过程中的结晶驱动力和溶解驱动力
• 纤锌矿
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对禁带宽度的影响
• 对于元素半导体： 同一周期，左-〉右，禁带宽度增大 同一族，原子序数的增大，禁带宽度减小
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一.锗、硅的化学制备
• 硅锗的物理化学性质比较
• 高纯硅的制备方法 • 各种方法的具体步骤以及制备过程中材料的
提纯 • 高纯锗的制备方法及步骤
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二、区熔提纯
• 分凝现象，平衡分凝系数，有效分凝系数，正常 凝固，
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结晶驱动力
• 结晶通常在恒温恒压下进行，相变向自由能减 小的方向进行，若体积自由能大于表面能，就 是结晶驱动力，若相反，就是熔解驱动力
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
晶体的外形
• 从能量的角度：晶体的平衡形状是总界面能最小 的形状。
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作业
• 试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、 能量及结构条件。
• 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度 的定量关系如何？