晶体生长原理与技术课程教学大纲[001]

晶体生长原理与技术课程教学大纲[001]晶体生长原理与技术课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：晶体生长原理及电化学基础所属专业：金属材料物理学课程性质：专业方向选修课，学位课，必修环节学分： 4 学时：72（二）课程简介、目标与任务；课程简介：本课程将在绪论中，对人工晶体生长的基本概念，研究范畴，研究历史和晶体生长方法分类等基本概念进行简要介绍。

然后分4篇进行论述。

第一篇为晶体生长的基本原理，将分5章，对晶体生长过程的热力学和动力学原理，结晶界面形貌与结构，形核与生长的动力学过程进行描述。

第二篇为晶体生长的技术基础，将分3章，对晶体生长过程的涉及的传热、传质及流体流动原理，晶体生长过程的化学原理和晶体生长过程控制涉及的物理原理进行论述。

第三篇为晶体生长技术，将分4章对熔体生长、溶液生长、气相生长的主要方法及其控制原理进行论述。

第四篇，晶体的性能表征与缺陷，将分2章，分别对晶体的结构、性能的主要表征方法，晶体的结构缺陷形成与控制原理进行论述。

目标与任务：掌握晶体生长的基本物理原理，学会将基本物理知识运用与晶体生长过程分析讨论。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；修完普通物理学及四大力学课程、固体物理课程后才可学习该课程，该课程向前联系基本物理知识的运用，向后衔接研究生科学研究中遇到的实际结晶学问题。

（四）教材与主要参考书。

教材两本：《晶体生长原理与技术》，介万奇，北京：科学出版社，2010参考书：《晶体生长科学与技术》[上、下册]，张克从，凝聚态物理学丛书，北京：科学出版社，1997《人工晶体：生长技术、性能与应用》，张玉龙，唐磊，化学工业出版社，2005《晶体生长基础》，姚连增，中国科学技术大学出版社，1995《晶体生长的物理基础》，闵乃本，上海科学技术出版社，1982 （五）主讲教师。

主讲：王君教师梯队：闫徳，耿柏松，卓仁富，吴志国二、课程内容与安排绪论（1学时）交代本课程的主要内容，讲授方式，学生需要掌握和了解的内容，与已经学过的课程的相关性，在后续的学习中的地位和作用。

晶体学原理课程教学大纲课程名称：晶体学原理课程编号：16118653学时/学分：32/2.0开课学期：6适用专业：材料科学与工程课程类型：院系选修课一、课程说明晶体材料是现代科学与工程技术各个领域应用面最广、最重要的固体材料。

晶体材料的各种性质或性能决定于微观尺度上原子在空间的排列方式及其对称性；多晶材料的性能还决定于晶粒的大小、形状和取向分布，也会强烈地受到晶界结构及晶界特征分布的影响。

本课程主要讲授晶体点阵、晶体投影、点群、空间群、晶体织构、晶界特征分布以及晶体物理学和晶体力学等晶体学基本知识。

通过本课程的学习，掌握较为全面和深入的晶体学知识，为终身学习和从事传统材料高性能化以及新材料研究和开发奠定基础。

二、课程对毕业要求的支撑毕业要求1工程知识：具有数学、自然科学、工程基础和材料专业知识，并能够将其应用于解决本专业的复杂工程问题。

指标点1.5：掌握材料制备、生产、应用的基本原理和相关知识，并结合数学、自然科学、工程基础知识，用于解决本专业的复杂工程问题。

毕业要求6工程与社会：能够基于本专业知识对工程实践的合理性进行分析，了解与材料研发、设计、生产相关的方针、政策以及承担的责任，能从社会、健康、安全、法律以及文化的角度，评价材料工程实践产生的影响。

指标点6.1：能够运用所学的专业知识对材料工程实践的合理性进行分析和评价。

毕业要求12终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。

指标点12.1：具有知识的消化吸收、自我学习的能力以及终身学习的意识。

三、课程的教学目标1.掌握晶体点阵、晶体投影、点群、空间群以及对称操作基本概念和知识；2.理解晶体各向异性的物理本质，掌握晶体织构和晶界特征分布的概念测试表征方法；3.理解晶体结构、晶体织构和晶界特征分布与材料性能的相关性。

四、课程基本内容和学时安排第1章：晶体（4学时）知识点：原子或分子在空间的周期排列，晶体的外形特征，晶体点阵，空间点阵的基本规律，空间点阵中结点的含义，晶向和晶面的指标化，晶体的均一性、异向性、对称性、自范性和最小内能性，晶体的基本对称性，液晶、准晶、晶体材料；重点:晶体点阵；难点：晶体的基本对称性。

第3章晶体生长3_1.1.pdf第三章晶体生长晶体生长理论基础熔体的晶体生长硅、锗单晶生长硅锗单晶生长1制作半导体器件的材料，绝大部分使用单晶体（体单晶、薄膜单晶），研究晶体生长对半导体材料的制备是一个重要课题。

20世纪20年代柯塞尔（Kossel）等人提出了完整晶体生长微观理论模型。

40年代弗兰克（Frank）发展了缺陷晶体生长理论。

40年代弗兰克（Frank）发展了缺陷晶体生长理论50年代后伯顿（Burton）和杰克逊（Jackson）等人对晶体生长、界面的平衡结构理论及平衡界面理论等方面晶体生长界面的平衡结构理论及平衡界面理论等方面进行了研究。

计算机技术的广泛应用，使晶体生长理论研究向微观计算机技术的广泛应用使晶体生长理论研究向微观定量计算又进了一步。

2§ 3 1 晶体生长理论基础 3-1晶体形成的热力学条件晶核的形成晶核长大的动力学模型晶体的外形31.晶体生长的般方法 1.晶体生长的一般方法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。

由气相、液相?固相时形成晶体，固相之间也可以直接产生转变。

晶体生长是非平衡态的相变过程，热力学一般处理平衡态问题，若系统处于准平衡状态，可使用热力学的平衡条件来处理问题若系统处于准平衡状态可使用热力学的平衡条件来处理问题相平衡条件：各组元在各相的化学势相等热平衡条件：系统各部分温度相等力学平衡条件：系统各部分压强相等(1) 固相生长:固体→固体在具有固相转变的材料中进行（相变又称多形转变或同素异形转变。

）高温、高压石墨————金刚石α-Fe(体心立方) ———γ -Fe（面心立方）1气压900℃通过热处理或激光照射等手段，将部分结构不完整通过热处理或激光照射等手段，将一部分结构不完整的晶体转变为较为完整的晶体“图形外延”: 微晶硅———单晶硅薄膜激光照射(2) 液相生长:液体→固体溶液中生长从溶液中结晶当溶液达到过饱和时，才能析出晶体。

晶体生长技术§1.1 晶体的分类晶体构成物质的原子、分子在空间作长程有序的排列，形成具有一定的点阵结构的固体就是晶体。

所谓长程有序就是由一些相同的质点（基元）在空间有规则地作周期性的无限分布。

即至少在微米量级的范围内是有序的排列。

这些质点代表原子、离子、分子或基团的重心。

晶体分成天然晶体和人工晶体。

天然晶体：水晶、红宝石、蓝宝石、祖母绿等，这些晶体叫做天然晶体。

§1.2 晶体的应用当物质以晶体状态存在时，它将表现出其它物质状态所没有的优异的物理性能，因而是人类研究固态物质的结构和性能的重要基础。

此外，由于能够实现电、磁、光、声和力的相互作用和转换，晶体还是电子器件、半导体器件、固体激光器件及各种光学仪器等工业的重要材料。

被广泛地应用于通信、宇航、医学、地质学、气象学、建筑学、军事技术等领域。

1、半导体晶体。

2、激光晶体：激光晶体是激光的工作物质，经泵浦之后能发出激光。

3、非线性光学晶体：非线性光学晶体与激光紧密相连，是实现激光的频率转换、调制、偏转和Q开关等技术的关键材料。

4、压电晶体：当对某些晶体挤压或拉伸时，该晶体的两端就会产生不同的电荷，这种晶体就叫压电晶体。

第二章晶体的品质鉴定§2.1 晶体的物相和组分分析1物相鉴定：当一种材料制备出来以后，我们需要知道材料中包含哪几种结晶物质，或某种物质以何种结晶状态存在。

一般地，将材料中的一种结晶物质称为一个相。

物相鉴定方法：X射线粉末衍射法原理：Bragg方程: 2dsinθ= λ测定步骤:1）将晶体研磨成一定颗粒度的多晶粉末(5μm)（2）用X射线粉末衍射仪测量晶体的粉末衍射图(I,d,2θ, β) ；（3）将晶体的粉末衍射图与粉末衍射标准联合委员会（the joint Committee on Powder Diffraction Standards)所收集的标准粉末衍射卡进行比较，就可以判定出所生长的晶体物相。

2、X射线粉末衍射图的应用（1）计算晶胞参数：根据X射线粉末衍射图提供的面间dhkl数值，可以计算出该晶体的晶胞参数。