晶体理论简述

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1、晶体理论简述：一、晶体结构特征和类型：1晶体结构的特征与晶格理论：自然界中物质的存在有三种状态：气态、液态、固态。固体又可分为两种存在形式：晶体和非晶体。晶体：内部微粒(原子、分子或离子)在空间按一定规律周期性排列构成的固体。非晶体：内部微粒在空间作无规则排列构成的固体。将晶体内的微粒视为几何上的点,这些点所组成的几何构型称为晶格。而微粒所占有的位置称为晶格结点。晶胞：晶体的最小重复单元，一般说来，晶胞都是平行六面体。晶体：通过晶胞在空间平移无隙地堆砌而成。单晶：单个晶体构成的物体。在单晶体中所有晶胞

2、均呈相同的位向多晶：由许多晶体(晶粒)构成的物体。或者说多晶体是由许多取向不同而随机排布的小晶体组成。晶面和密勒指数：在晶体物质中，原子在三维空间中作有规律的排列。因此在晶体中存在着一系列的原子列或原子平面，晶体中原子组成的平面叫晶面，原子列表示的方向称为晶向。晶体中不同的晶面和不同的晶向上原子的排列方式和密度不同，构成了晶体的各向异性。这对分析有关晶体的生长、变形、相变以及性能等方面的问题时都是非常重要的。因此研究晶体中不同晶向晶面上原子的分布状态是十分必要的。为了便于表示各种晶向和晶面，需要确定一

3、种统一的标号，称为晶向指数和晶面指数，国际上通用的是密勒指数。晶面　平面点阵所处的平面，可以利用三个互质的整数来描述空间一组互相平行平面的方向晶体缺陷：晶体中某些区域粒子的排列不象理想晶体那样规则和完整，这种偏离完整性的区域，或者说晶体中一切偏离理想的晶格结构称做晶体缺陷。１、按照缺陷的形成和结构分类：本征缺陷(固有缺陷)：指不是由外来杂质原子形成，而是由于晶体结构本身偏离晶格结构造成的缺陷。杂质缺陷：指杂质原子进入基质晶体中所形成的缺陷。按照缺陷的几何特征分类：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。（１）

4、点缺陷：晶格结点粒子发生局部错乱的现象。按引起点缺陷的粒子不同，可分为：错位粒子、间隙粒子、替位粒子和空位。　　点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。线缺陷：晶体中某些区域发生一列或若干列粒子有规律的错排现象称为线缺陷。　　线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。线缺陷有两种基本类型：刃型位错螺型位错晶体生长理论简介：从宏观角度看，晶体生长过程是晶体环境相(蒸气、溶液、熔体)界面向环境相中不断推移的过程，也就是由包含组成晶体单元的母相从低秩序相向高度有序晶相的转变。从微观

5、角度来看，晶体生长过程可以看作一个“基元”过程，所谓“基元”是指结晶过程中最基本的结构单元，，也叫成核。从广义上说，“基元”可以是原子、分子、也可以是具有一定几何构型的原子(分子)聚集体。所谓的“基元”过程包括以下主要步骤：(1)基元的形成：在一定的生长条件下，环境相中物质相互作用，动态地形成不同结构形式的基元，这些基元不停地运动并相互转化，随时产生或消失。(2)基元在生长界面的吸附：由于对流，热力学无规则运动或原子间吸引力，基元运动到界面上并被吸附。(3)基元在界面的运动：基元由于热力学的驱动，在界

6、面上迁移运动。(4)基元在界面上结晶或脱附：在界面上依附的基元，经过一定的运动，可能在界面某一适当的位置结晶并长入固相，或者脱附而重新回到环境相中。均匀成核：在体系内任何部位成核率是相等的。非均匀成核：在体系的某些部位（杂质、容器壁）的成核率高于另一些部位。一旦晶核形成后，就形成了固－液界面，在界面上就要进行生长，即组成晶体的原子、离子要按照晶体结构的排列方式堆积起来形成晶体。水冷系统：水冷系统包括总进水管道、分水器、各路冷却水管道以及回水管道。由循环水系统来保证水循环正常运行。（电极、坩埚杆上为进水

7、口，下为出水口，其余各部件均相反）水冷系统的正常运行非常重要，必须随时保持各部位冷却水路畅通，不得堵塞或停水，轻者会影响成晶率，严重会烧坏炉体部件，造成巨大损失氩气系统：氩气系统包括液氩储罐，汽化器、气阀、氩气流量计等部件。氩气纯度为5N，在单晶生长过程中起保护作用，一方面及时携带熔体中的挥发物经真空泵排出；另一方面又及时带走晶体表面的热量，增大晶体的纵向温度梯度，有利于单晶生长真空系统：真空系统主要分两部分：主炉室真空系统和副炉室真空系统。主炉室真空系统主要包括主真空泵、电磁截至阀、除尘罐、安全阀、

8、真空计、真空管道及控制系统等。其中除尘罐对排气中的粉尘起到过滤作用，以便保护真空泵，除尘罐内的过滤网要定期清理，使排气畅通，否则影响成晶，另外要定期更换泵油。副炉室真空系统除了无除尘罐外，与主炉室真空系统相似。主要是在拉晶过程中需要关闭主、副炉室之间的翻板阀取晶体或提渣时，必须用副炉室真空系统来对副炉室进行抽真空。拉晶过程中必要时应进行真空检漏。冷炉极限真空应达到5Pa以下，单晶炉泄露率应该低于3Pa/10min炉体：主架由底座、立柱组成，是炉子的支撑机