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序言1

绪论1

主要参考书目3

第一章 温场和热量传输(直拉法生长)5

第一节 炉膛内温场的描述5

一、温场5

二、温场的实验描述8

三、稳态温场9

第二节 从能量守恒原理讨论晶体生长工艺11

一、能量守恒方程11

二、晶体直径的控制12

三、晶体的极限生长速率15

四、放肩阶段16

五、晶体旋转对直径的影响17

一、温场的数学描述18

第三节 能量守恒的微分形式和一维稳态温场18

二、能量守恒的微分形式19

三、一维稳态温场22

第四节 晶体中的温场24

第五节 坩埚中液面位置及辐射屏对温场的影响30

一、坩埚中液面位置对温场的影响30

二、辐射屏对晶体中温场的影响34

一、直径的惯性35

第六节 晶体生长过程中直径的惯性和直径响应方程35

二、温度边界层36

三、直径响应方程37

第七节 非稳温场和温度波38

第二章 溶质分凝和质量传输45

第一节 固溶体和溶液45

第二节 溶液的凝固和平衡分凝系数46

第三节 溶质浓度场和溶质守恒50

一、属于溶质保守系统的生长方法52

第四节 溶质保守系统中的浓度场52

二、在准静态生长过程中的溶质分布53

三、溶质的扩散效应56

四、对流对溶质分凝的影响及有效分凝系数61

五、直拉法生长中晶体旋转对溶质分凝的影响65

第五节 溶质非保守系统中的浓度场67

一、属于溶质非保守系统的生长方法67

二、溶质非保守系统的分凝理论--区熔理论68

三、扩散占优势的溶质边界层与熔区的相似性71

四、多次区熔的极限分布72

五、温度梯度区域熔化--TGZM73

第六节 直拉法生长过程中的溶质均化74

一、计划速率法74

二、溶液稀释法77

三、溶液补充法78

四、层熔法78

第一节 混合传输80

第三章 热量、质量的混合传输80

第二节 实验模拟和数字模拟81

一、实验模拟82

二、数字模拟83

第三节 相似流动87

一、相似流动--雷诺数和弗鲁得数88

二、模拟实验的设计92

第四节 坩埚中的自然对流94

一、非等温系统和非等浓度系统中的浮力94

二、水平温差和浓度差引起的自然对流--格拉斯霍夫数95

三、铅直温差和浓度差引起的自然对流--瑞利数98

第五节 混合传输的相似性原理101

第六节 生长过程中液流的转变与界面翻转104

一、自然对流向强迫对流的转变104

二、界面翻转105

一、旋转流体的描述107

第七节 旋转流体中的液流107

二、泰勒 普劳德曼定理109

三、直拉法生长系统中的泰勒柱111

第八节 直拉法生长系统中熔体的区域近似114

第九节 旋转晶体下的混合传输116

一、旋转圆盘下流体的速度场116

二、旋转圆盘下的温场和浓度场120

三、旋转晶体下的边界层和边界层近似122

第十节 同轴旋转柱面间的混合传输125

一、同轴旋转柱面间的速度场125

二、同轴旋转柱面间的温度场126

附录一 不同坐标系中的连续性方程130

附录二 不同坐标系中动量传输方程130

附录三 不同坐标系中的热传输方程132

第一节 生长层(条纹)概述134

一、品体性能与溶质浓度的起伏134

第四章 生长速率起伏和生长层134

二、溶质浓度起伏的原因136

三、生长层的形态136

三、同轴旋转柱面间流体的非旋转对称流动138

第二节 生长界面的标记技术138

一、机械振动方法引入的生长层139

二、加热功率起伏引入的生长层141

三、利用珀耳帖效应引入生长层142

四、生长界面标记技术的应用142

第三节 旋转性生长层144

一、旋转性生长层的形成及其特征144

二、旋转性表面条纹147

三、螺蜷形晶体和螺蜷式分凝148

第四节 生长层形成的理论分析151

一、生长速率关于界面温度起伏的响应152

二、生长速率关于熔体中温度起伏的响应154

三、溶质浓度关于生长速率阶跃的响应157

四、溶质浓度关于生长速率周期性起伏的响应161

五、生长速率起伏对有效分凝系数的影响163

六、浓度响应的“截止频率”165

第五节 坩埚中液流引起的温度起伏166

一、液流状态与温度起伏166

二、浮力对流体动力学稳定性的影响168

三、离心力对流体动力学稳定性的影响174

四、表面张力对流体动力学稳定性的影响178

第六节 液流引起温度起伏的抑制180

一、洛伦兹力场的应用180

二、科里奥利力场的应用182

附录一 生长速率阶跃的条件下扩散方程的解185

第五章 界面稳定性和组分过冷189

第一节 界面稳定性的定性描述190

一、温度梯度对界面稳定性的影响190

二、浓度梯度对界面稳定性的影响192

三、界面能对界面稳定性的影响194

第二节 组分过冷形态学195

一、胞状界面195

二、胞状组织198

三、各向异性对形态的影响198

四、间歇式胞状组织200

五、溶质尾迹200

六、研究组分过冷形态学的实验方法201

第三节 产生组分过冷的临界条件202

一、工艺参量与物性参量的影响202

二、对流传输的影响205

第四节 组分过热(熔化界面的稳定性)207

第五节 界面稳定性的动力学理论210

一、干扰211

二、干扰方程及其解212

三、边值条件和δ/δ的表达式214

四、干扰的波长对界面稳定性的影响217

五、不同因素对界面稳定性的影响218

六、界面稳定性的动力学理论和组分过冷220

七、生长的各向异性和界面过冷对稳定性的影响221

八、理论和实验对比223

第六节 枝晶生长226

一、概述227

二、球面的不稳定性与枝晶生长230

三、主干的轴向生长速率232

四、分枝的产生233

第六章 相平衡和相图235

第一节 单元系的复相平衡236

一、单元系统中的相平衡条件236

二、理想气体的化学势238

三、相平衡曲线239

四、金刚石相图240

五、相变潜热242

六、克拉珀龙--克劳修斯方程243

七、临界点244

第二节 多元系的复相平衡245

一、不同成分的相的化学势245

二、多元系的复相平衡248

三、相律250

四、稀溶液中各组元的化学势251

五、平衡分凝系数的热力学意义253

六、溶液凝固点与溶质浓度的关系254

第三节 二元相图257

一、平衡曲线和特征点257

二、同形系统262

三、共晶系统265

四、包晶系统270

五、偏晶系统274

六、复杂的二元相图275

第四节 三元相图277

一、界面能和界面张力283

第七章 界面的宏观性质与微观结构283

第一节 界面能和界面张力283

二、固体的界面张力286

第二节 界面交接288

一、接触角288

二、界面交接处的力学平衡290

第三节 弯曲界面的相平衡292

一、弯曲界面的力学平衡--界面压强292

二、弯曲界面的相平衡295

第四节 弯月面与直拉法生长296

一、直拉法生长中的弯月面296

二、弯月面提升的液重299

三、标志等径生长的弯月面倾角300

第五节 界面曲率对平衡参量的影响303

一、界面曲率对凝固点的影响303

二、界面曲率对饱和汽压的影响305

三、界面曲率对饱和浓度的影响307

第六节 晶体的平衡形状308

一、界面能极图与晶体的平衡形状308

二、乌耳夫定理的适用范围310

三、奇异面、非奇异面和邻位面312

第七节 领位面与台阶的平衡结构313

一、领位面的台阶化313

二、邻位面台阶化的论证315

二、台阶的热力学性质317

四、台阶的平衡结构318

第八节 界面相变熵和界面的平衡结构320

一、光滑界面与粗糙界面--杰克逊界面理论320

二、熔化熵328

三、界面相变熵与环境相329

四、温度对界面平衡结构的影响332

五、弥散界面--特姆金多层界面模型335

第八章 成核339

一、相变驱动力的一般表达式340

第一节 相变驱动力340

二、汽相生长系统中的相变驱动力341

三、溶液生长系统中的相变驱动力342

四、熔体生长系统中的相变驱动力343

第二节 亚稳态344

第三节 均匀成核345

一、晶核的形成能和临界尺寸345

二、界面微观结构的影响350

三、复相起伏和晶体的成核率351

第四节 非均匀成核354

一、平衬底上球冠核的形成355

二、平衬底上表面凹陷的影响359

三、衬底上的凹角成核361

四、悬浮粒子上的成核362

一、共格界面、半共格界面和非共格界面364

第五节 界面失配对成核行为的影响364

二、错合度引起的弹性畸变和错配位错366

三、错配位错对界面能的贡献368

四、界面失配对成核行为的影响371

第六节 晶体生长系统中成核率的控制372

第九章 生长动力学375

第一节 邻位面生长--台阶动力学375

一、界面上分子的势能375

二、面扩散377

三、台阶动力学--面扩散控制379

四、面扩散方程及其解382

五、台阶动力学--体扩散控制389

六、领位面生长动力学393

第二节 奇异面的生长395

一、二维成核生长机制395

二、位错生长机制400

三、凹角生长机制411

第三节 粗糙界面的生长415

第四节 晶体生长力学的统一理论417

一、特姆金的工作419

二、卡恩的生长动力学统一理论421

第五节 晶体生长的运动学理论423

一、台阶列和邻位面的运动方程424

二、弗兰克运动学第一定理426

三、台阶聚并427

四、弗兰克运动学第二定理429

五、生长过程中晶体形状的演变431

六、运动学理论的实验检验432

第六节 晶体生长形态学433

一、晶体生长速率的各向异性434

二、自由生长系统中的晶体形态435

三、周期键链理论437

四、强制生长系统440

五、小面生长441

第十章 生长过程中位错的产生、延伸和分布452

第一节 位错的成核和增殖452

一、弹性应力场中位错的成核453

二、渗透力作用下位错成核455

三、位错增殖459

第二节 位错延伸459

一、位错延伸的克拉珀定理459

二、各向同性介质中位错的延伸460

三、各向异性介质中位错的能量因子461

四、溶液生长中位错的走向(以KDP为例)462

五、熔体生长中位错的延伸(以GCG为例)464

第三节 晶体中位错组态和分布467

一、热弹应力场与位错分布468

二、清弛弹性应力产生的位错分布473

三、位错延伸引起的位错分布478

四、体内压印产生的位错组态480