晶体学基础(第七章)

《结晶学基础》第七章习题7001试说明什么是单晶？什么是多晶？7002有一AB晶胞，其中A和B原子的分数坐标为A(0，0，0)，B(1/2，1/2，1/2)，属于：------------------------------------ ( )(A) 立方体心点阵(B) 立方面心点阵(C) 立方底心点阵(D) 立方简单点阵7004从CsCl 晶体中能抽出________点阵，结构基元是________，所属晶系的特征对称元素是________。

7005某AB 型晶体属立方ZnS 型，请回答下列问题：(1) 从该晶体中可抽取出什么空间点阵？(2) 该晶体的结构基元为何？(3) 正当晶胞中含有几个结构基元？(4) 应写出几组B 原子的分数坐标？(5) 晶胞棱长为a，求在C3轴方向上A—A 最短距离；(6) 晶胞棱长为a，求在垂直C4轴的方向上B-B 最短距离。

7007有一个A1 型立方面心晶体，试问一个立方晶胞中可能含有多少个A 和多少个B。

7010点阵参数为432 pm的简单立方点阵中，(111)，(211)和(100)点阵面的面间距离各是多少？7011从某晶体中找到C3，3C2，σh，3σd等对称元素，该晶体属________晶系是_____点群。

701270137014属于立方晶系的点阵类型有________________，属于四方晶系的点阵类型有____________。

7015晶体宏观外形中的对称元素可有________，________，________，______四种类型；晶体微观结构中的对称元素可有________，________，________，________，________，________，______七种类型；晶体中对称轴的轴次(n)受晶体点阵结构的制约，仅限于n=_________；晶体宏观外形中的对称元素进行一切可能的组合，可得________个晶体学点群；分属于________个晶系，这些晶系总共有________种空间点阵型式，晶体微观结构中的对称元素组合可得________个空间群。

第七章晶体的点阵结构和晶体的性质第七章晶体的点阵结构和晶体的性质⼀、概念及问答题1、由于晶体内部原⼦或分⼦按周期性规律排列，使晶体具有哪些共同的性质？答：a. 均匀性，⼀块晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。

b. 各向异性，在晶体中不同的⽅向上具有不同的物理性质。

c. ⾃发地形成多⾯体外形，晶体在⽣长过程中⾃发地形成晶⾯，晶⾯相交成为晶棱，晶棱会聚成项点，从⽽出现具有多⾯体外形的特点。

2、点阵答：点阵是⼀组⽆限的点，连结其中任意两点可得⼀向量，将各个点按此向量平移能使它复原，凡满⾜这条件的⼀组点称为点阵。

点阵中的每个点具有完全相同的周围环境。

3、晶体的结构基元点阵结构中每个点阵点所代表的具体内容，包括原⼦或分⼦的种类和数量及其在空间按⼀定⽅式排列的结构，称为晶体的结构基元。

结构基元与点阵点是⼀⼀对应的。

4、晶体结构在晶体点阵中各点阵点的位置上，按同⼀种⽅式安置结构基元，就得整个晶体的结构，所以地晶体结构⽰意表⽰为：晶体结构＝点阵+结构基元5、直线点阵根据晶体结构的周期性，将沿着晶棱⽅向周期地重复排列的结构基元，抽象出⼀组分布在同⼀直线上等距离的点列，称为直线点阵。

6、晶胞按照晶体内部结构的周期性，划分出⼀个个⼤⼩和形状完全⼀样的平⾏六⾯体，以代表晶体结构的基本重复单位，叫晶胞。

晶胞的形状⼀定是平⾏六⾯体。

晶胞是构成晶体结构的基础，其化学成分即晶胞内各个原⼦的个数⽐与晶体的化学式⼀样，⼀个晶胞中包含⼀个结构基元，为素晶胞，包今两个或两个以上结构基元为复晶胞，分别与点阵中素单位与复单位相对应。

7、晶体中⼀般分哪⼏个晶系？根据晶体的对称性，可将晶体分为7个晶系，每个晶系有它⾃⼰的特征对称元素，按特征对称元素的有⽆为标准划分晶系。

⼀般分为7个晶系，有⽴⽅晶系、六⽅晶系、四⽅晶系、三⽅晶系、正交晶系、单斜晶系和三斜晶系。

8、CsCl 是体⼼⽴⽅点阵还是简单⽴⽅点阵？是简单⽴⽅点阵。

在CsCl 晶体中，结构基元是由⼀个Cs +和⼀个Cl -构成，点阵点可以选Cs +的位置，也可以选Cl -的位置，还可以选在其他任意位置，但不能同时将Cs +和Cl -作为点阵点，因为这样选取不符合点阵的定义，同时也不能将晶体CsCl误认为是体⼼⽴⽅点阵，因为每个点阵点代表⼀个Cs +和⼀个Cl -。

第七章晶体结构第一节晶体的点阵结构一、晶体及其特性晶体是原子（离子、分子）或基团（分子片段）在空间按一定规律周期性重复地排列构成的固体物质。

晶体中原子或基团的排列具有三维空间的周期性，这是晶体结构的最基本的特征，它使晶体具有下列共同的性质：(1)自发的形成多面体外形晶体在生长过程中自发的形成晶面，晶面相交成为晶棱，晶棱会聚成顶点，从而出现具有几何多面体外形的特点。

晶体在理想环境中应长成凸多面体。

其晶面数（F）、晶棱数（E）、顶点数（V）相互之间的关系符合公式：F+V=E+2 八面体有8个面，12条棱，6个顶点，并且在晶体形成过程中，各晶面生长的速度是不同的，这对晶体的多面体外形有很大影响：生长速度快的晶面在晶体生长的时候，相对变小，甚至消失，生长速度小的晶面在晶体生长过程中相对增大。

这就是布拉维法则。

(2)均匀性：晶体中原子周期性的排布，由于周期极小，故一块晶体各部分的宏观性质完全相同。

如密度、化学组成等。

(3)各向异性：由于晶体内部三维的结构基元在不同方向上原子、分子的排列与取向不同，故晶体在不同方向的性质各不相同。

如石墨晶体在与它的层状结构中各层相平行方向上的电导率约为与各层相垂直方向上电导率的410倍。

(4)晶体有明显确定的熔点二、晶体的同素异构由于形成环境不同，同一种原子或基团形成的晶体，可能存在不同的晶体结构，这种现象称为晶体的同素异构。

如：金刚石、石墨和C60是碳的同素异形体。

三、晶体的点阵结构理论1、基本概念（1）点阵：伸展的聚乙烯分子具有一维周期性，重复单位为2个C原子，4个H 原子。

如果我们不管其重复单位的内容，将它抽象成几何学上的点，那么这些点在空间的排布就能表示晶体结构中原子的排布规律。

这些没有大小、没有质量、不可分辨的点在空间排布形成的图形称为点阵。

构成点阵的点称为点阵点。

点阵点所代表的重复单位的具体内容称为结构基元。

用点阵来研究晶体的几何结构的理论称为点阵理论。

（2）直线点阵：根据晶体结构的周期性，将沿着晶棱方向周期的重复排列的结构单元，抽象出一组分布在同一直线上等距离的点列，称直线点阵。

《结晶学基础》习题答案目录第7章答案----------------------------------------------------------------------1第8章答案---------------------------------------------------------------------12第9章答案---------------------------------------------------------------------20第10章答案------------------------------------------------------------------251《结晶学基础》第七章习题答案7001 单晶:一个晶体能基本上被一个空间点阵的单位矢量所贯穿。

多晶:包含许多颗晶粒,这些晶粒可能为同一品种,也可能不同品种,由于各晶粒在空间取向可能不同,不能被同一点阵的单位矢量贯穿。

7002 (D) 7004 简单立方; Cs +和Cl -; 4C 37005 (1) 立方F (2) A 和 B (3) 4 个 (4) 4 组 (5) 3a (6) a /2 7007 4n 个 A, 8n 个 B, n 为自然数。

7010 d 111= 249 pm ; d 211= 176 pm ; d 100= 432 pm 7011 六方; D 3h 70127013 依次为立方,四方,四方,正交,六方。

7014 立方 P ,立方 I ,立方 F ; 四方 P ,四方 I 。

7015 旋转轴,镜面,对称中心,反轴; 旋转轴,镜面,对称中心,反轴,点阵,螺旋轴,滑移面;n =1,2,3,4,6; 32个; 七个晶系; 14种空间点阵型式; 230个空间群。

7016 (1) 四方晶系 (2) 四方 I (3) D 4 (4) a =b ≠c , α=β=γ=90° 7017 (1) 单斜晶系,单斜 P (2) C 2h (3) C 2, m , i 7018 (2a ,3b ,c ):(326); (a ,b ,c ):(111); (6a ,3b ,3c ):(122); (2a ,-3b ,-3c ):(322)。

1.多晶硅是如何制备的？画出流程图，并简要说明每一条路线的作用。

硅砂----还原----多晶粗硅----提纯----纯多晶硅----提拉法，区熔法，外延片法----单晶硅2.多晶硅提纯原则是什么？为什么？化学提纯在前，物理提纯在后。

化学提纯可以从低浓度开始，而物理提纯必须使用具有较高纯度的原料；化学提纯难免引入化学试剂的污染，而物理提纯则没有这些污染。

3.写出多晶硅制备和提纯反应方程式。

+3C==SiC+2COSiO2+2SiC==3Si+2COSiO24.提拉法的基本工艺过程是什么？籽晶熔接（烤晶），引晶，缩颈，放肩，等径生长，收晶，降温5.为什么原料熔化后要保温一段时间？为什么要烤晶？为什么要缩颈？使熔融多晶硅挥发一定时间除去籽晶表面挥发性杂质并减少热冲击排除接触不良致多晶，消除籽晶错位延伸6.简述区熔法的基本原理和工艺原理。

依靠熔体表面张力，是熔区悬浮于多晶硅棒与生长出的单晶之间，通过熔区移动而提纯和生长单晶。

在舟端放籽晶，并使多晶材料间产生熔区，以一定速度移动熔区，使熔区从一端移至另一端，使多晶材料变为单晶体。

7.简述西门子公司的硅提纯工艺要点。

采用氯化氢（HCI）与工业硅粉在高温环境下合成三氯氢硅，对三氯氢硅提纯、精馏，再在氢气气氛中进行化学气相反应和制备成高纯度的多晶硅。

8.简述锗单晶制备工艺要点。

●根据设计确定熔区长度，熔区速率和次数●清洗石墨舟，石英管，锗锭●将舟装入石英管，通氢气或抽真空，排气●熔区的产生：电阻加热炉，高频线圈（附加电磁搅拌作用）●区熔若干次9.直拉法和区熔法的联系与区别？联系都是制备单晶的方法；都需要提供籽晶，都有引晶，缩颈，放肩等过程；都在有保护气氛的封闭腔室内。

区别直拉法采用全部熔融而区熔法部分熔融；直拉法在生产过程中可以方便的观察晶体的生长状态；直拉法在高温下，石英容器会污染熔体，造成晶体的纯度降低；直拉法得到的单晶中杂质大体上沿纵向变化，以致不能生产出电阻率均匀的单晶体；区熔法晶柱的熔融部分必须承受整体的重量，使得该技术仅限于生产不超过几公斤的晶锭。

第七章晶体生长动力学生长驱动力与生长速率的关系（动力学规律或界面动力学规律），先解决生长机制问题。

§ 1邻位面生长——台阶动力学邻位面生长一一奇异面上的台阶运动问题1. 界面分子的势能邻位面上不同位置的吸附分子[3]界面上不同位置的势能曲线1—2 : 2 ① i+8 ① 2；1 —3 : 4 ① i+12① 2;1—4 : 6①1+12①2 分子最稳定位置（相变潜热）单分子相变潜热：I sf=W s+W k①流体分子⑴体扩散吸附分子⑵面扩散台阶分子⑶ 线扩散扭折⑷② 流体分子 ⑴ 体扩散 吸附分子⑵面扩散扭折⑷ ③ 流体分子 ⑴体扩散扭折⑷2.面扩散W s =2①严8 ①2 吸附分子 —流体需克服的势垒U 〃 吸附分子在界面振动频率吸附分子在晶 面发生漂移的机率为：exp^ s/kT)，面 扩散系数为：D ssD s =[ u // exp(- /kT)]丄吸附分子平均寿命：T s,.脱附频率s1/ s 」_exp( W s/kT)s 二丄 e>p(W s/kT)V丄Xs:吸附分子在界面停留的平均寿命T s 内，由于无规则漂移而在给定方向的迁移(分子无规则漂移的方均根偏差)X —s D s(爱因斯坦公式)1 s s X s exp[W s- s]/2kT2s s由于对一般的晶面：W - 0.45l sf -0i sf20面扩散激活能u // = u 丄s考虑脱附分子数:2X sX s 1exp[0.22l sf /kT]Xs 决定了晶体生长的途径。

3.台阶动力学一一面扩散控制台阶的运动受面扩散控制界面N o ，格点Ns 有吸附分子：:“ exp （-W k/kT ）（对单原子或简单原子，可忽略取向效应）Xs >> X o 则吸附分子均能到达台阶设台阶长度为a 则单位时间到达台阶的分子数为:2X ss 丄aTs界面某格点出现吸附分子的机率:N o若：Xs >> X 。