晶体生长的基本规律课件
4)重结晶－小晶体长大的过程，有液体参与
5)脱玻化－非晶体自发地转化成晶体
§2.2晶核的形成
晶体形成的一般过程是先生成晶核，而后再逐渐长大。
晶核：从结晶母相中析出，并达到某个临界大 小，从而得以继续成长的结晶相微粒。
成核作用：形成晶核的过程。
以过饱和溶液情况为例，说明成核作用的过程
晶体成核过程示意图
• 阶梯状生长是属于层生长理论范畴的。
晶体生长过程模拟
二.螺旋生长理论
根据实际晶体结构的螺旋位错现象，提出 了晶体的螺旋生长理论。即在晶体生长界面上 螺旋位错露头点所出现的凹角及其延伸所形成 的二面凹角可作为晶体生长的台阶源，促进光 滑界面上的生长，这种台阶永不消失。
螺旋位错的形成
在晶体生长过程中，由于杂质或热应力的不均匀分布， 在晶格内产生内应力，当此力超过一定限度时，晶格便沿 某个面网发生相对剪切位移，位移截止处形成一条位错线， 即螺旋位错。
1、布拉维法则 2、居里－吴里佛原理 3、周期键链理论
一．布拉维法则
早在1885年，法国结晶学家布拉维从晶体具有 空间格子构造的几何概念出发，论述了实际晶面与 空间格子构造中面网之间的关系。
布拉维法则：实际晶体往往为面网密度大的晶面所包围
晶面生长速度：晶面在单位时间内沿其法线方向向外 推移的距离
图释
成核几率越大。
成核作用分为： 1、均匀成核：在均匀无相界面的体系内，自发
发生相变形成晶核 2、不均匀成核：晶核借助外来物质的诱导产生
如溶液中悬浮地杂质微粒，容器壁 上凹凸不平，或人为地放入籽晶或
成核剂等。
§2.3晶体的生长
晶核形成后，质点继续在晶核上堆积，体系 的总自由能随晶核的增大而下降，晶核得以不断 长大，晶体进入生长阶段。
介绍两种被广泛接受的理论。
一．层生长理论
它是论述在晶核的光滑表面上生长一层原子面 时，质点在界面上进入晶格“座位”的最佳位 置有平坦面、两面凹角位、三面凹角三种。
晶体理想生长过程中质点堆积顺序的图解
假设晶核为由同一种原子组成的立方格子，其相邻 质点的间距为a
1—三面凹角 2－二面凹角 3－一般位置
晶体生长的基本 规律
§2.1形成晶体的方式
晶体是在物相转变的情况下形成的。物相有三种， 即气相、液相和固相。只有晶体才是真正的固体。由 气相、液相转变成固相时形成固体，固相之间也可以 直接产生转变。
在一定条件下，物质从其它状态转变为晶体，称为 结晶作用。结晶作用是相变过程，伴随产生热效应。
1.气-固结晶作用
三．周期键链(PBC)理论
△G＝－(4/3)πr3△Gv0+4πr2△Gs0
+
G
△Gs
0
rc
r0
G
△Gv
-
r
粒径为rc的胚芽为 临界晶核
r＜rc ,△G随r增大而增大，胚芽易消 失 rc＜r＜r0 ,△G＞0，胚芽可存在，很难 长大 r＝r0 ,△G=0，胚芽可存在，可消失 r＞r0 ,△G＜0，胚芽长大
rc与溶液的过饱和度有关， 过饱和度越高， rc值越小，
石英的带状构造
Байду номын сангаас
蓝宝石中的环带
（3）同种晶体的不同个体，对应晶面间的夹角不变。 （4）某些晶体内部的沙钟构造
普通辉石的生长锥(a)和砂钟状构造(b)
• 但是，实际晶体生长不可能达到这么理想 的情况，也可能一层还没有完全长满，另一层 又开始生长了，这叫阶梯状生长，最后可在晶 面上留下生长层纹或生长阶梯。
过饱和溶液中
设结晶相（胚芽）产生使自由能降低△Gv 两相界面表面能使自有能增加△Gs 体系总自由能的变化为△G＝ －△Gv＋ △Gs
设胚芽为球形，半径为r,则上式可表示为 △G＝－(4/3)πr3△Gv0+4πr2△Gs0 △Gv0为单位体积新相形成时自由能的下降 △Gs0为单位面积的新旧相界面自由能的增加
条件：气态物质具有足够低的蒸汽压、处于较低的 温度下。
火山裂缝喷气孔附近的自然硫沉积
2.液-固结晶作用
1)从溶液中结晶 条件：溶液过饱和。
青海察尔汗盐湖中盐花结晶体
2)从熔体中结晶
条件 ：熔体过冷却。 天然熔体：岩浆。 人工熔体：金属熔体、玻璃熔体等。
天然熔体：岩浆
3、固-固结晶作用
1)同质多像转变－某种晶体，在一定条件下，转变成另一 种晶体 2)晶界迁移结晶－高温下，晶粒间界面处质点发生转移，进 行重新排列，小晶粒逐渐长大 3)固相反应结晶－两种以上粉料混合高温烧结，发生化学反 应，形成新的化合物
A
面网密度 AB>CD>BC
a＞b
3
B
1
CA
B
2
C
a
D
b
D
结论：面网密度大—对生长质点吸引力小—生长速度慢—
在晶形上保留
面网密度小—对生长质点吸引力大— 生长速度快— 消失
缺点：
1. 布拉维所依据的仅是由抽象的结点所组成的空间格 子，而非真实的晶体结构。
2. 只考虑了晶体的本身，而忽略了生长晶体的介质条 件。 因此，在某些情况下可能会与实际情况产生一些偏离。
质点的堆积顺序 三面凹角→二面凹角→一般位置
晶体的理想生长过程
晶体在理想情况下生长时，先长一条行 列，再长相邻的行列；在长满一层原子面后， 再长相邻的一层，逐层向外平行推移。
生长停止后，最外层的面网就是实际晶 面，相邻面网的交棱是实际晶棱。整个晶体 成为被晶面包围的几何多面体。
此结论可解释如下一些生长现象 （1）晶体常生长成为面平、棱直的多面体形态。 （2）晶体中的环带构造
形成螺旋位错示意图
晶体螺旋生长示意图
质点先落在凹角处。随着晶体的生长，凹角不 会随质点的堆积而消失，仅仅是凹角随质点的堆积而不 断地螺旋上升，导致整个晶面逐层向外推移。
螺旋生长过程模拟
SiC晶体表面的生长螺旋纹 石墨底面上的生长螺纹
§2.4晶面发育
晶体生长所形成的几何多面体外形，是由所 出现晶面的种类和它们的相对大小来决定的。哪 种类型的晶面出现及晶面的大小，本质上受晶体 结构所制，遵循一定规律。
二．居里—吴里夫原理
• 1885年居里(P．Curie)指出，在温度、晶体体 积一定时，晶体生长的平衡态应具有最小的表 面能。
1901年吴里夫进一步扩展了居里原理。
居里－吴里夫原理：对于平衡形态而言，晶 面的生长速度与晶面的表面能成正比
优点：从表面能出发，考虑了晶体和介质两个方面。 但是由于实际晶体常都未能达到平衡形态，从而影响 了这一原理实际应用。
5)脱玻化－非晶体自发地转化成晶体
§2.2晶核的形成
晶体形成的一般过程是先生成晶核，而后再逐渐长大。
晶核：从结晶母相中析出，并达到某个临界大 小，从而得以继续成长的结晶相微粒。
成核作用：形成晶核的过程。
以过饱和溶液情况为例，说明成核作用的过程
晶体成核过程示意图
• 阶梯状生长是属于层生长理论范畴的。
晶体生长过程模拟
二.螺旋生长理论
根据实际晶体结构的螺旋位错现象，提出 了晶体的螺旋生长理论。即在晶体生长界面上 螺旋位错露头点所出现的凹角及其延伸所形成 的二面凹角可作为晶体生长的台阶源，促进光 滑界面上的生长，这种台阶永不消失。
螺旋位错的形成
在晶体生长过程中，由于杂质或热应力的不均匀分布， 在晶格内产生内应力，当此力超过一定限度时，晶格便沿 某个面网发生相对剪切位移，位移截止处形成一条位错线， 即螺旋位错。
1、布拉维法则 2、居里－吴里佛原理 3、周期键链理论
一．布拉维法则
早在1885年，法国结晶学家布拉维从晶体具有 空间格子构造的几何概念出发，论述了实际晶面与 空间格子构造中面网之间的关系。
布拉维法则：实际晶体往往为面网密度大的晶面所包围
晶面生长速度：晶面在单位时间内沿其法线方向向外 推移的距离
图释
成核几率越大。
成核作用分为： 1、均匀成核：在均匀无相界面的体系内，自发
发生相变形成晶核 2、不均匀成核：晶核借助外来物质的诱导产生
如溶液中悬浮地杂质微粒，容器壁 上凹凸不平，或人为地放入籽晶或
成核剂等。
§2.3晶体的生长
晶核形成后，质点继续在晶核上堆积，体系 的总自由能随晶核的增大而下降，晶核得以不断 长大，晶体进入生长阶段。
介绍两种被广泛接受的理论。
一．层生长理论
它是论述在晶核的光滑表面上生长一层原子面 时，质点在界面上进入晶格“座位”的最佳位 置有平坦面、两面凹角位、三面凹角三种。
晶体理想生长过程中质点堆积顺序的图解
假设晶核为由同一种原子组成的立方格子，其相邻 质点的间距为a
1—三面凹角 2－二面凹角 3－一般位置
晶体生长的基本 规律
§2.1形成晶体的方式
晶体是在物相转变的情况下形成的。物相有三种， 即气相、液相和固相。只有晶体才是真正的固体。由 气相、液相转变成固相时形成固体，固相之间也可以 直接产生转变。
在一定条件下，物质从其它状态转变为晶体，称为 结晶作用。结晶作用是相变过程，伴随产生热效应。
1.气-固结晶作用
三．周期键链(PBC)理论
△G＝－(4/3)πr3△Gv0+4πr2△Gs0
+
G
△Gs
0
rc
r0
G
△Gv
-
r
粒径为rc的胚芽为 临界晶核
r＜rc ,△G随r增大而增大，胚芽易消 失 rc＜r＜r0 ,△G＞0，胚芽可存在，很难 长大 r＝r0 ,△G=0，胚芽可存在，可消失 r＞r0 ,△G＜0，胚芽长大
rc与溶液的过饱和度有关， 过饱和度越高， rc值越小，
石英的带状构造
Байду номын сангаас
蓝宝石中的环带
（3）同种晶体的不同个体，对应晶面间的夹角不变。 （4）某些晶体内部的沙钟构造
普通辉石的生长锥(a)和砂钟状构造(b)
• 但是，实际晶体生长不可能达到这么理想 的情况，也可能一层还没有完全长满，另一层 又开始生长了，这叫阶梯状生长，最后可在晶 面上留下生长层纹或生长阶梯。
过饱和溶液中
设结晶相（胚芽）产生使自由能降低△Gv 两相界面表面能使自有能增加△Gs 体系总自由能的变化为△G＝ －△Gv＋ △Gs
设胚芽为球形，半径为r,则上式可表示为 △G＝－(4/3)πr3△Gv0+4πr2△Gs0 △Gv0为单位体积新相形成时自由能的下降 △Gs0为单位面积的新旧相界面自由能的增加
条件：气态物质具有足够低的蒸汽压、处于较低的 温度下。
火山裂缝喷气孔附近的自然硫沉积
2.液-固结晶作用
1)从溶液中结晶 条件：溶液过饱和。
青海察尔汗盐湖中盐花结晶体
2)从熔体中结晶
条件 ：熔体过冷却。 天然熔体：岩浆。 人工熔体：金属熔体、玻璃熔体等。
天然熔体：岩浆
3、固-固结晶作用
1)同质多像转变－某种晶体，在一定条件下，转变成另一 种晶体 2)晶界迁移结晶－高温下，晶粒间界面处质点发生转移，进 行重新排列，小晶粒逐渐长大 3)固相反应结晶－两种以上粉料混合高温烧结，发生化学反 应，形成新的化合物
A
面网密度 AB>CD>BC
a＞b
3
B
1
CA
B
2
C
a
D
b
D
结论：面网密度大—对生长质点吸引力小—生长速度慢—
在晶形上保留
面网密度小—对生长质点吸引力大— 生长速度快— 消失
缺点：
1. 布拉维所依据的仅是由抽象的结点所组成的空间格 子，而非真实的晶体结构。
2. 只考虑了晶体的本身，而忽略了生长晶体的介质条 件。 因此，在某些情况下可能会与实际情况产生一些偏离。
质点的堆积顺序 三面凹角→二面凹角→一般位置
晶体的理想生长过程
晶体在理想情况下生长时，先长一条行 列，再长相邻的行列；在长满一层原子面后， 再长相邻的一层，逐层向外平行推移。
生长停止后，最外层的面网就是实际晶 面，相邻面网的交棱是实际晶棱。整个晶体 成为被晶面包围的几何多面体。
此结论可解释如下一些生长现象 （1）晶体常生长成为面平、棱直的多面体形态。 （2）晶体中的环带构造
形成螺旋位错示意图
晶体螺旋生长示意图
质点先落在凹角处。随着晶体的生长，凹角不 会随质点的堆积而消失，仅仅是凹角随质点的堆积而不 断地螺旋上升，导致整个晶面逐层向外推移。
螺旋生长过程模拟
SiC晶体表面的生长螺旋纹 石墨底面上的生长螺纹
§2.4晶面发育
晶体生长所形成的几何多面体外形，是由所 出现晶面的种类和它们的相对大小来决定的。哪 种类型的晶面出现及晶面的大小，本质上受晶体 结构所制，遵循一定规律。
二．居里—吴里夫原理
• 1885年居里(P．Curie)指出，在温度、晶体体 积一定时，晶体生长的平衡态应具有最小的表 面能。
1901年吴里夫进一步扩展了居里原理。
居里－吴里夫原理：对于平衡形态而言，晶 面的生长速度与晶面的表面能成正比
优点：从表面能出发，考虑了晶体和介质两个方面。 但是由于实际晶体常都未能达到平衡形态，从而影响 了这一原理实际应用。
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晶体生长与晶体缺陷PPT课件
接近Tm，1 cm3液体内，1个原子团簇含原子数小于数百个。
(1)固、液相的摩尔自由能差， 在Tm为零，＜Tm为负，＞ Tm为正；
(2) 固与液相间的界面 能，永远为正值。
V 为原子团簇的体积；A 为表面积；△GV为固、液相的摩尔自 由能差；VS为固相的摩尔体积,σ为单位面积界面能。
第4页/共43页
S≥0，T↑ S↑ G↓
第5页/共43页
只有引起系统自由能降低的过程才能自发地进行（热力学第二 定律），液相才有可能进行凝固。
➢在实际中可以看到液相冷却到Tm以下还保持其亚稳态而不凝固， 这一现象叫做过冷。
纯金属冷却曲线
△T愈大, GS与GL差愈大, 凝固倾 向就愈大。
Tm
T<Tm 保持亚
Tn
过冷度 稳态不凝固
△G=
16 3
3 TM2VS2 （HT）2
4 3
（r
*）2
形核功：形成临界晶核所需克服的能垒，
l/3临界晶核界面能
由系统能量起伏提供。
△T小，r*很大，要求大△G *。能量起伏愈大出现的几率愈
晶胚出现的几率 小，虽凝固热力学条件已具备，但形核可能性仍很小。
△T增大，r*显著减小，要求△G*减小，晶胚出现的几率就
通常f≤10％
c为液相比热容；△H为凝固潜热
例 纯铜△H=1628J/cm3，比热容4. 4J / (cm·℃） 均匀形核的最大△T为236 ℃，则f=0.638 ； △T=10℃，则f=0.027。
第23页/共43页
5.5 铸锭的组织
铸锭三晶区: 表层细晶区、中间柱状晶区、心部等轴晶区
细晶粒区的形成: 当液态金属浇入温度远低于其熔点的铸 模时，与模壁接触的一层液体的温度迅速 低到熔点以下，因而可以大量地形核，并 长大成为表层的细晶粒区。
(1)固、液相的摩尔自由能差， 在Tm为零，＜Tm为负，＞ Tm为正；
(2) 固与液相间的界面 能，永远为正值。
V 为原子团簇的体积；A 为表面积；△GV为固、液相的摩尔自 由能差；VS为固相的摩尔体积,σ为单位面积界面能。
第4页/共43页
S≥0，T↑ S↑ G↓
第5页/共43页
只有引起系统自由能降低的过程才能自发地进行（热力学第二 定律），液相才有可能进行凝固。
➢在实际中可以看到液相冷却到Tm以下还保持其亚稳态而不凝固， 这一现象叫做过冷。
纯金属冷却曲线
△T愈大, GS与GL差愈大, 凝固倾 向就愈大。
Tm
T<Tm 保持亚
Tn
过冷度 稳态不凝固
△G=
16 3
3 TM2VS2 （HT）2
4 3
（r
*）2
形核功：形成临界晶核所需克服的能垒，
l/3临界晶核界面能
由系统能量起伏提供。
△T小，r*很大，要求大△G *。能量起伏愈大出现的几率愈
晶胚出现的几率 小，虽凝固热力学条件已具备，但形核可能性仍很小。
△T增大，r*显著减小，要求△G*减小，晶胚出现的几率就
通常f≤10％
c为液相比热容；△H为凝固潜热
例 纯铜△H=1628J/cm3，比热容4. 4J / (cm·℃） 均匀形核的最大△T为236 ℃，则f=0.638 ； △T=10℃，则f=0.027。
第23页/共43页
5.5 铸锭的组织
铸锭三晶区: 表层细晶区、中间柱状晶区、心部等轴晶区
细晶粒区的形成: 当液态金属浇入温度远低于其熔点的铸 模时，与模壁接触的一层液体的温度迅速 低到熔点以下，因而可以大量地形核，并 长大成为表层的细晶粒区。
晶体生长课ppt
（2）冷坩埚法生产装置
1 熔壳盖； 2 石英管； 3 通冷却水的铜管； 4 高频线（RF）； 5 熔体； 6 晶体； 7 未熔料； 8 通冷却水底座
冷坩埚法是生产合成立方氧化锆晶体的方法。该方法是俄罗斯科 学院列别捷夫固体物理研究所的科学家们研制出来的。
冷坩埚法的冷却管和加热装置
冷却水铜管及底座构成“杯”
1.1、坩埚下降法
一、坩埚下降法生长原理
坩埚下降法（简称BS法）是将盛有熔体的坩埚在具有一定温度梯度的生长 炉内缓慢下降，使熔体转化为晶体。坩埚下降法可以采用坩埚下降或结晶炉沿 坩埚上升两种方式
温 区
生长装置 坩埚下降法的装置主要由下列几部分组成：
1. 一个能产生合适温度梯度的炉子； 2. 满足生长需要的一定几何形状的坩埚； 3. 测温、控温装置、坩埚下降装置。
工艺流程
特种规格坩埚
氮化硼坩埚
氧化铝坩埚
晶体生长工艺流程
原料制备
配制原料
籽晶加工
坩埚制作
安装籽晶、填装原料
（ 原料再处理）
焊封坩埚 （抽真空）
上炉、升温、接种
晶体生长
降温
出炉
晶体定向
晶体切割 晶体研磨 晶体抛光
晶体元件
课题奇曼法--冷坩埚法
二、助熔剂法
助熔剂法
高温溶液法，又称为助熔剂法，它是将原成分在高温下熔解于 低熔点助熔剂液内，形成均匀的饱和溶液然后通过缓慢降温， 形成过饱和溶液，使晶体析出。
助熔剂法根据晶体成核及生长的方式不同分为两大类：自发成 核法和籽晶生长法。
晶体成核 ①自发成核法
在晶体材料全部熔融于助熔剂中之后，缓慢地降温冷却，使 晶体从饱和熔体中自发成核并逐渐成长的方法。
第二章晶体生长的基本规律
Crystallography
斯里兰卡蓝宝石中的环带及蛛网状 的晶红石针包裹体
Crystallography
第二章 晶体生长的基本规律
澳大利亚蓝宝石中的六方环状生长纹
Crystallography
第二章 晶体生长的基本规律
⑵晶体的阶梯状生长
晶体阶梯状生长的示意剖面图
Crystallography
第二章 晶体生长的基本规律
Crystallography
第二章 晶体生长的基本规律
生长停止后，最外层的面网就是实际 晶面，相邻面网的交棱就是实际晶 棱。整个晶体就成为被晶面包围的几 何多面体。
Crystallography
第二章 晶体生长的基本规律
⑤层生长理论可以解释的现象
晶体的几何多面体形态。 晶体中的环带构造。
天然熔体：岩浆
Crystallography
第二章 晶体生长的基本规律
金伯利岩岩筒的形成
Crystallography
第二章 晶体生长的基本规律
金刚石晶体
Crystallography
第二章 晶体生长的基本规律
⑶固-固结晶作用
同质多像转变 固相反应结晶 重结晶 脱玻化
Crystallography
第二章 晶体生长的基本规律
When the solid is all in solution, set it on the bench top. Do not disturb it!
Crystallography
第二章 晶体生长的基本规律
《晶体生长基础》精选课件
图2-3晶面消失过程
一般显露在外面的晶面其法向生长速度的是比较慢的。
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2020/1/3
实际上晶体外形常由简单面指数的晶面如 (100)、(110)、 (111)等包围。晶体形态除与晶体结构有关外，还与生长环境密切 相关。
（1）过饱和度的影响： 溶液过饱和度超过某一临界值时，晶体的形态就会发生变化
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。
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2020/1/3
2、非均匀成核
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。
固态在接近器壁处温度较内部低，固液界面凸向固方，θ＜ 90 ℃，非均匀成核的杂散晶核容易形成，单晶生长被干扰。θ↓ ，界面越凸向固方，干扰↑。为生长优质单晶，必须抑制杂散晶 核的产生，使单晶生长占主导地位，θ应大于或等于90 ℃，界 面呈平直状或凸向液方。
（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。
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2020/1/3
6.1.3 完整晶面生长
晶体生长的实质
生长的质点从环境相中 不断的通过界面而进人 晶格的过程。
△F极大
△F（自由能）
r0
r
自由能变化与
胚芽半径的关系
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2020/1/3
2、非均匀成核
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 ℃。
晶体生长方法简介课件
02
晶体生长的热力学条件
熔体中的溶解与析
溶解过程
在高温下，物质被加热并溶解成 液态。在溶解过程中，晶体物质 与其他物质混合，形成均匀的溶
液。
析出过程
当溶液冷却时，溶解的物质开始 以晶体的形式析出。析出的晶体 通常具有与原始溶液中相同的化
学组成和结构。
相平衡条件
在溶解和析出的过程中，需要满 足一定的相平衡条件。这些条件 包括温度、压力和组成，以确保 物质在溶液和晶体之间的转移是
晶体生长的环保与节能问题
节能技术
01
环保材料
02
废弃物处理
03
THANK YOU
05
晶体生长的设备及应用
水平管式炉
结构特点
工作原理 优缺点
立式炉
01
结构特点
02 工作原理
03 优缺点
悬浮炉
结构特点
工作原理
优缺点
连熔炉
结构特点
工作原理
优缺点
应用举例：LED晶体生长
LED晶体生长是晶体生长领域的一个重要应用方向，主要使用水平管式炉、立式炉和连熔炉 等设备。
LED晶体生长要求设备精度高、稳定性好、生产效率高，同时需要严格控制工艺参数，如温 度、时间、气氛等。
LED晶体生长的原料一般为化合物半导体材料，如GaN、InGaN等，这些材料具有宽禁带、 高发光效率等优点，是LED照明、显示等领域的重要基础材料。
06
晶体生长的最新研究进展及挑战
新型晶体生长方法研究
激光诱导晶体生长 化学气相沉积法 外延生长法
晶体生长过程的数值模拟与优化
计算机建模与仿真 量子力学计算 材料基因工程
晶体生方法介件
01
化学九年《晶体的生长》
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下载提示：该PPT课件是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解 决实际问题。PPT课件下载后可定修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢!
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序言
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晶体生长的基本规律
第2章 晶体生长的基本规律
第2章 晶体生长的基本规律
Crystallography
主要教学内容
第2章 晶体生长的基本规律
晶体生长* 晶面的发育* 影响晶体生长的外部因素 晶体生长技术简介
Crystallography
第2章 晶体生长的基本规律
2.1 晶体的形成方式
Crystallography
⑵提拉法(Czochralski Process )
又称丘克拉斯基法。主要用来生长高质量的晶体。 半导体单晶：单晶Si、单晶Ge； 固体激光器的核心材料：红宝石(Al2O3)、掺钕钇
铝榴石(Nd:Y3Al5O12) 重要的压电材料：钛酸钡(BaTiO3)、钽酸锂
(LiTaO3)； 热释电材料：铌酸锂(LiNbO3)，用于红外探测和
CaNO3+Na2CO3=CaCO3 ↓ + NaNO3 Ca(OH)2+H3PO4= Ca5(PO4)3(OH) ↓ +H2O
Crystallography
第2章 晶体生长的基本规律
②从熔体中结晶 条件：熔体过冷却 △T = Tf – T ； Tf ：熔点； T ：熔体温度； △T： 绝对过冷度，
原理 在高温高压条件下， 组分在封闭的高压釜 中较热的部位溶解， 然后在较冷部位的籽 晶片上结晶。
设备
第2章 晶体生长的基本规律
Crystallography
Crystallography
第2章 晶体生长的基本规律
从 高 压 釜 中 取 出 合 成 水 晶
第2章 晶体生长的基本规律
复习与思考： 1.晶体的形成经历了那三个阶段？ 2.层生长理论的基本要点。 3.布拉维法则
第2章 晶体生长的基本规律
Crystallography
主要教学内容
第2章 晶体生长的基本规律
晶体生长* 晶面的发育* 影响晶体生长的外部因素 晶体生长技术简介
Crystallography
第2章 晶体生长的基本规律
2.1 晶体的形成方式
Crystallography
⑵提拉法(Czochralski Process )
又称丘克拉斯基法。主要用来生长高质量的晶体。 半导体单晶：单晶Si、单晶Ge； 固体激光器的核心材料：红宝石(Al2O3)、掺钕钇
铝榴石(Nd:Y3Al5O12) 重要的压电材料：钛酸钡(BaTiO3)、钽酸锂
(LiTaO3)； 热释电材料：铌酸锂(LiNbO3)，用于红外探测和
CaNO3+Na2CO3=CaCO3 ↓ + NaNO3 Ca(OH)2+H3PO4= Ca5(PO4)3(OH) ↓ +H2O
Crystallography
第2章 晶体生长的基本规律
②从熔体中结晶 条件：熔体过冷却 △T = Tf – T ； Tf ：熔点； T ：熔体温度； △T： 绝对过冷度，
原理 在高温高压条件下， 组分在封闭的高压釜 中较热的部位溶解， 然后在较冷部位的籽 晶片上结晶。
设备
第2章 晶体生长的基本规律
Crystallography
Crystallography
第2章 晶体生长的基本规律
从 高 压 釜 中 取 出 合 成 水 晶
第2章 晶体生长的基本规律
复习与思考： 1.晶体的形成经历了那三个阶段？ 2.层生长理论的基本要点。 3.布拉维法则
九年级化学晶体的生长(教学课件201908)
盖事之大较 洛阳令王棱为越所信 赵王伦之篡也 幸以此自别耳 周浚以十六日前入皓宫 与三王共举义 不给官骑 三者一乖 宜得其人 寡弱小国犹不可危 皆行于世 宜大小数以闻 欧血而薨 攸奏议曰 当以素棺单椁 浚许之 以此为达 叔夏 时在京师 莫不自厉 受璧焚榇 兴复五等 相问曰
不命而至 顗营救得免 求还定省 出为平南将军 帝纳其言 然犹身极宠光 镇厌众心 然今欲举一忠贤 会秦 择众郡所让最多者而用之 惟以周穷济乏为事 臣之此言 立嫡以长不以贤 谓设有而不行 侯弹勃等欲先劫佃兵 [标签:标题] 允字叔真 诚如明诏 以不孝莫大于无后 臣牙门将军马潜即
溶液中生长晶体的方法
报告人：刘聪 学号：02081042
※ 晶体生长的种类
1.从固相中生长晶体 2.从液相中生长晶体 3.从熔体中生长晶体 4.助熔剂法生长单晶 5.用气相法生长单晶
※ 溶液中生长晶体
1.降温法 2.流动法 3.蒸发法 4.凝胶法 5.水热法
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可谓国之硕老 能学不 毅便奏加妻罪而请解斋 先尽弘恕 与左卫将军王舆谋共废冏 昔齐王好听竽声 和峤之徒皆与恺善 简素寡欲 凉州虏寇边
主者其申明法令 进封平昌亭侯 故改焉 虽经异时 散骑常侍刘镇之 痿疾 居丧过礼 少而相昵 兰艾杂揉 结草为庐 宣王之后 常想其人
帝后又登陵云台 讽诵经籍 来光玉绳 进位征南将军 理后无罪 温声载穆 文帝甚亲重之 算略无方 或有贺之者 是时王澄 冢子司义 每引之同处 足相持正 又公兄弟唱起大事 遇锁 广闻故 侍中 太子朝西宫 年六十五 论者佥谓为速 前代三公册拜 封东莞郡王 为政暴酷 赐钱二十万 则疑父
屯 侍中 表言之曰 后历北军中候 以文帝子机字太玄为嗣 自魏末已后 见《刑法志》 相望道路 弹五弦之琴也 出入沈家 顷之 以舒领司徒 后因正旦朝罢还第 长子谌 帝弗许 时吴人新附 玄常见广在路 无爱死也 则能者劝 便纵兵大掠 固亲以道 任兼文武 山叟知材 澹素与河内郭俶 而责
九年级化学晶体的生长(中学课件201911)
晶体的生长
※ 晶体生长的种类
1.从固相中生长晶体 2.从液相中生长晶体 3.从熔体中生长晶体 4.助熔剂法生长单晶 5.用气相法生长单晶
※ 溶液中生长晶体
1.降温法 2.流动法 3.蒸发法 4.凝胶法 5.水热法
※ 降温法
基本原理 利用物质较大的正溶解度温度系 数，在晶体生长过程中逐渐降低温度， 使析出的溶质不断在晶体上生长
※ 流动法（温差法）
优点：将溶液配置，过热处理，单晶生 长等操作过程分别在整个装置的不同部 位进行，而构成了一个连续的流程，生 长大批量的晶体和培养大单晶并不受晶 体溶解度和溶液体积的限制。
图示
循环流动育晶装置 1.原料 2.过滤器 3.泵 4.晶体 5.加热电阻丝
※ 蒸发法
基本原理：将溶剂不断蒸发，使溶液保 持在过饱和状态，从而使晶体不断生长。
CaCl2+H2C4H4O6+4H2O
CaC4H4O6.4H2O+2HCl
CaCl2浓溶液
含酒石酸的凝胶
(a)
(b)
长成的酒石酸钙晶体
※ 水热法Байду номын сангаас
基本原理：利用高温高压的水溶液使那些在大 气条件下不溶或难溶于水的物质通过溶解或反 映生成该物质的溶解产物，并达到一定的过饱 和度而进行结晶和生长的方法。
特点：适于生长熔点很高，具有包晶反映或非 同成分熔化而在常温常压下又不溶于各种溶剂 或溶解后即分解，且不能再结晶的晶体材料。
特点：比较适合于溶解度较大而溶解温 度系数很小或者是具有负温度系数的物 质。与流动法一样也是在恒温条件下进 行的。
※ 凝胶法
基本原理：以凝胶作为扩散和支持介质， 使一些在溶液中进行的化学反应通过凝 胶扩散，缓慢进行。
※ 晶体生长的种类
1.从固相中生长晶体 2.从液相中生长晶体 3.从熔体中生长晶体 4.助熔剂法生长单晶 5.用气相法生长单晶
※ 溶液中生长晶体
1.降温法 2.流动法 3.蒸发法 4.凝胶法 5.水热法
※ 降温法
基本原理 利用物质较大的正溶解度温度系 数，在晶体生长过程中逐渐降低温度， 使析出的溶质不断在晶体上生长
※ 流动法（温差法）
优点：将溶液配置，过热处理，单晶生 长等操作过程分别在整个装置的不同部 位进行，而构成了一个连续的流程，生 长大批量的晶体和培养大单晶并不受晶 体溶解度和溶液体积的限制。
图示
循环流动育晶装置 1.原料 2.过滤器 3.泵 4.晶体 5.加热电阻丝
※ 蒸发法
基本原理：将溶剂不断蒸发，使溶液保 持在过饱和状态，从而使晶体不断生长。
CaCl2+H2C4H4O6+4H2O
CaC4H4O6.4H2O+2HCl
CaCl2浓溶液
含酒石酸的凝胶
(a)
(b)
长成的酒石酸钙晶体
※ 水热法Байду номын сангаас
基本原理：利用高温高压的水溶液使那些在大 气条件下不溶或难溶于水的物质通过溶解或反 映生成该物质的溶解产物，并达到一定的过饱 和度而进行结晶和生长的方法。
特点：适于生长熔点很高，具有包晶反映或非 同成分熔化而在常温常压下又不溶于各种溶剂 或溶解后即分解，且不能再结晶的晶体材料。
特点：比较适合于溶解度较大而溶解温 度系数很小或者是具有负温度系数的物 质。与流动法一样也是在恒温条件下进 行的。
※ 凝胶法
基本原理：以凝胶作为扩散和支持介质， 使一些在溶液中进行的化学反应通过凝 胶扩散，缓慢进行。
《晶体生长理论》ppt课件
〔1〕正常凝固
○ 将一资料锭条全部熔化后，使其从一端向另一端逐渐凝固
○ 三点假设
凝固速度大于固相中分散速度，可忽略杂质在固体中的分散。
〔杂质在固体中的分散速度比其凝固速度慢得多，相差7-9个量级，此
假设能成立〕
2. 熔体中的分散速度大于凝固速度可以为杂质在熔体中的分布是均匀的。
〔搅拌，可到达均匀〕
3. 杂质分凝系数是常数。
如Cu-Ni相图 ：
相图分析：2个点、2条线、3个区。
测定方法：热分析法〔最常用〕。
③二元合金相图的建立——热分析法建立相图的过程
▲配制系列成分的铜镍合金
▲测出它们的冷却曲线，得到临
界点
▲把这些点标在T—成分坐标上
▲将具有一样意义的点衔接成线，
标明各区域内所存在的相， 即得到
Cu-Ni合金相图
2、分凝景象与分凝系数
▼对于最后一个熔区 ,属于正常凝固,不服从一次区熔规律
一次区熔提纯与正常凝固后的杂质浓度分布的比较图〔K0=0.01〕
多次区熔与极限分布
● 一次区熔后,资料的纯度依然达不到半导体器件的
纯度要求,所以要进展多次区熔,使得各种杂质尽能够
的赶到锭条的两头,使中间部分到达要求的程度
？对于一个有限长度的锭，能否用区熔的方法无限
○ 区熔次数的阅历公式
n=(1~1.5)L/ l
n: 区熔次数
L: 锭长
l: 熔区长度
20 次左右为宜
④质量输运〔质量迁移〕
○ 景象：一头增粗，一头变细
○ 缘由：熔体与固体的密度不同
○ 对策：在程度区熔时，将锭料倾斜一个角度，〔阅历
阐明， 3-5度〕以重力作用消除输运效应。
CL0 →CL，Keff→K0
○ 将一资料锭条全部熔化后，使其从一端向另一端逐渐凝固
○ 三点假设
凝固速度大于固相中分散速度，可忽略杂质在固体中的分散。
〔杂质在固体中的分散速度比其凝固速度慢得多，相差7-9个量级，此
假设能成立〕
2. 熔体中的分散速度大于凝固速度可以为杂质在熔体中的分布是均匀的。
〔搅拌，可到达均匀〕
3. 杂质分凝系数是常数。
如Cu-Ni相图 ：
相图分析：2个点、2条线、3个区。
测定方法：热分析法〔最常用〕。
③二元合金相图的建立——热分析法建立相图的过程
▲配制系列成分的铜镍合金
▲测出它们的冷却曲线，得到临
界点
▲把这些点标在T—成分坐标上
▲将具有一样意义的点衔接成线，
标明各区域内所存在的相， 即得到
Cu-Ni合金相图
2、分凝景象与分凝系数
▼对于最后一个熔区 ,属于正常凝固,不服从一次区熔规律
一次区熔提纯与正常凝固后的杂质浓度分布的比较图〔K0=0.01〕
多次区熔与极限分布
● 一次区熔后,资料的纯度依然达不到半导体器件的
纯度要求,所以要进展多次区熔,使得各种杂质尽能够
的赶到锭条的两头,使中间部分到达要求的程度
？对于一个有限长度的锭，能否用区熔的方法无限
○ 区熔次数的阅历公式
n=(1~1.5)L/ l
n: 区熔次数
L: 锭长
l: 熔区长度
20 次左右为宜
④质量输运〔质量迁移〕
○ 景象：一头增粗，一头变细
○ 缘由：熔体与固体的密度不同
○ 对策：在程度区熔时，将锭料倾斜一个角度，〔阅历
阐明， 3-5度〕以重力作用消除输运效应。
CL0 →CL，Keff→K0