Springer手册精选系列·晶体生长手册（第1册）：晶体生长及缺陷形成概论（影印版） [Springer Handbook Crystal Growth] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 德哈纳拉（Govindhan Dhanaraj） 等 编

图书标签:

• 晶体生长
• 材料科学
• 半导体
• 物理学
• 化学
• Springer
• 手册
• 晶体缺陷
• 材料工程
• 固体物理

出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560333861

版次：1

商品编码：11179560

包装：平装

丛书名： Springer手册精选系列

外文名称：Springer Handbook Crystal Growth

开本：16开

出版时间：2013-01-01

用纸：胶版纸

页数：201

正文语种：英文

内容简介

　　《Springer手册精选系列·晶体生长手册（第1册）：晶体生长及缺陷形成概论（影印版）》介绍基础理论：生长和表征技术综述，表面成核工艺，溶液生长晶体的形态，生长过程中成核的层错，缺陷形成的形态。

作者简介

　　Govindhan Dhanaraj is the Manager of Crystal Growth Technologies at Advanced Renewable Energy Company （ARC Energy） at Nashua， New Hampshire （USA） focusing on the growth of large size sapphire crystals for LED lighting applications， characterization and related crystal growth furnace development. He received his PhD from the Indian Institute of Science， Bangalore and his Master of Science from Anna University （India）. Immediately after his doctoral degree， Dr. Dhanaraj joined a National Laboratory， presently known as Rajaramanna Center for Advanced Technology in India， where he established an advanced Crystal Growth Laboratory for the growth of optical and laser crystals. Prior to joining ARC Energy， Dr. Dhanaraj served as a Research Professor at the Department of Materials Science and Engineering， Stony Brook University， NY， and also held a position of Research Assistant Professor at Hampton University， VA. During his 25 years of focused expertise in crystal growth research， he has developed optical， laser and semiconductor bulk crystals and SiC epitaxial films using solution， flux， Czochralski， Bridgeman， gel and vapor methods， and characterized them using x-ray topography， synchrotron topography， chemical etching and optical and atomic force microscopic techniques. He co-organized a symposium on Industrial Crystal Growth under the 17th American Conference on Crystal Growth and Epitaxy in conjunction with the 14th US Biennial Workshop on Organometallic Vapor Phase Epitaxy held at Lake Geneva， WIin 2009. Dr. Dhanaraj has delivered invited lectures and also served as session chairman in many crystal growth and materials science meetings. He has published over 100 papers and his research articles have attracted over 250 rich citations.

内页插图

精彩书评

　　施普林格的手册，一贯全面阐述基础理论，提供可靠的研究方法和关键知识皮及大量的参考文献，介绍最新的应用实例，前瞻学科的发展方向。手册作者多为世界首席专家或知名学者。手册具有极大的实用性，其表格、图标、索引等更增加了它的使用价值。
　　——《Springer手册精选系列》推荐委员会

目录

缩略语
PartA 晶体生长基础及缺陷形成
1.晶体生长技术和表征：综述
1.1 发展历史
1.2 晶体生长理论
1.3 晶体生长技术
1.4 晶体缺陷及表征
参考文献

2.表面成核
2.1 晶体环境相平衡
2.2 晶核形成及工作机理
2.3 成核率
2.4 饱和晶核密度
2.5 在同质外延中的第二层成核
2.6 异质外延中的聚集机理
2.7 表面活性剂对成核的影响
2.8 结论与展望
参考文献

3.溶液中的晶体生长形态
3.1 相平衡
3.2 晶体的生长相理论
3.3 影响晶体特性的因素
3.4 表面结构
3.5 晶体缺陷
3.6 成核动力学——过饱和
3.7 溶剂
3.8 杂质
3.9 其他因素
3.1 0晶体特性变化过程
3.1 1小结
3.A附录
参考文献

4.晶体生长过程中缺陷的生长及演变
4.1 综述
4.2 包晶：
4.3 条纹和生长区
4.4 位错
4.5 孪晶
4.6 溶液中快速生长完整晶体
参考文献

5.没有约束条件下的单晶生长
5.1 背景
5.2 光滑和粗糙的接触面：生长机理和形态学
5.3 表面微形貌
5.4 多面体材料晶体的生长形貌
5.5 内部形态
5.6 完整单晶
参考文献

6.熔体生长晶体期间缺陷的形成
6.1 综述
6.2 点缺陷
6.3 位错
6.4 第二相粒子
6.5 面缺陷
6.6 孪晶
6.7 总结
参考文献

前言/序言

　　多年以来，有很多探索研究已经成功地描述了晶体生长的生长工艺和科学，有许多文章、专著、会议文集和手册对这一领域的前沿成果做了综合评述。这些出版物反映了人们对体材料晶体和薄膜晶体的兴趣日益增长，这是由于它们的电子、光学、机械、微结构以及不同的科学和技术应用引起的。实际上，大部分半导体和光器件的现代成果，如果没有基本的、二元的、三元的及其他不同特性和大尺寸的化合物晶体的发展则是不可能的。这些文章致力于生长机制的基本理解、缺陷形成、生长工艺和生长系统的设计，因此数量是庞大的。
　　本手册针对目前备受关注的体材料晶体和薄膜晶体的生长技术水平进行阐述。我们的目的是使读者了解经常使用的生长工艺、材料生产和缺陷产生的基本知识。为完成这一任务，我们精选了50多位顶尖科学家、学者和工程师，他们的合作者来自于22个不同国家。这些作者根据他们的专业所长，编写了关于晶体生长和缺陷形成共计52章内容：从熔体、溶液到气相体材料生长；外延生长；生长工艺和缺陷的模型；缺陷特性的技术以及一些现代的特别课题。
　　本手册分为七部分。PartA介绍基础理论：生长和表征技术综述，表面成核工艺，溶液生长晶体的形态，生长过程中成核的层错，缺陷形成的形态。
　　PartB介绍体材料晶体的熔体生长，一种生长大尺寸晶体的关键方法。这一部分阐述了直拉单晶工艺、泡生法、布里兹曼法、浮区熔融等工艺，以及这些方法的最新进展，例如应用磁场的晶体生长、生长轴的取向、增加底基和形状控制。本部分涉及材料从硅和Ⅲ-V族化合物到氧化物和氟化物的广泛内容。
　　第三部分，本书的PartC关注了溶液生长法。在前两章里讨论了水热生长法的不同方面，随后的三章介绍了非线性和激光晶体、KTP和KDP。通过在地球上和微重力环境下生长的比较给出了重力对溶液生长法的影响的知识。
　　PartD的主题是气相生长。这一部分提供了碳化硅、氮化镓、氮化铝和有机半导体的气相生长的内容。随后的PartE是关于外延生长和薄膜的，主要包括从液相的化学气相淀积到脉冲激光和脉冲电子淀积。
　　PartF介绍了生长工艺和缺陷形成的模型。这些章节验证了工艺参数和产生晶体质量问题包括缺陷形成的直接相互作用关系。随后的PartG展示了结晶材料特性和分析的发展。PartF和G说明了预测工具和分析技术在帮助高质量的大尺寸晶体生长工艺的设计和控制方面是非常好用的。
　　最后的PartH致力于精选这一领域的部分现代课题，例如蛋白质晶体生长、凝胶结晶、原位结构、单晶闪烁材料的生长、光电材料和线切割大晶体薄膜。
　　我们希望这本施普林格手册对那些学习晶体生长的研究生，那些从事或即将从事这一领域研究的来自学术界和工业领域的研究人员、科学家和工程师以及那些制备晶体的人是有帮助的。

晶体材料科学基础：深入理解与前沿应用 图书简介 本书是一本面向材料科学家、物理学家、化学家以及相关工程技术人员的权威性著作，致力于全面、深入地探讨晶体材料科学的核心原理、先进技术以及广泛的应用领域。全书结构严谨，内容翔实，不仅覆盖了晶体材料从宏观到微观尺度的基本理论，更聚焦于当前研究热点与工业化生产中的关键挑战。 第一部分：晶体结构与基本性质的理论基石 本部分为理解晶体材料的特性奠定坚实的理论基础，着重于描述晶体的内在秩序性及其对宏观物理性能的决定作用。 第一章：晶体学的基本概念与对称性 本章系统阐述了晶体物理学的基本要素。首先回顾了晶体周期性结构的基本定义，包括晶格、基矢、晶胞的概念。随后，深入剖析了晶体的点群和空间群，详细讲解了施温涅斯基符号（Schoenflies symbols）和国际符号（Hermann-Mauguin notation）在描述晶体对称性上的应用及其物理意义。重点讨论了对称操作（如旋转轴、反演中心、滑移面）如何限制材料的宏观性质，例如电学、光学和压电效应。此外，还引入了倒易点阵的概念及其在衍射实验中的核心作用。 第二章：晶体缺陷的分类与热力学 晶体材料的性能并非完全由完美晶体决定，缺陷的存在是理解其本征与非本征性质的关键。本章首先对晶体缺陷进行全面的分类：从零维缺陷（点缺陷，如空位、间隙原子、杂质）到二维缺陷（如晶界、层错、堆垛层错），再到线缺陷（位错）和体缺陷（孔洞、析出相等）。针对每类缺陷，本章详细分析了它们的热力学形成能、平衡浓度及扩散机制。特别是对点缺陷在不同气氛和温度下的化学计量学依赖性进行了深入探讨，并结合法拉第定律和瓦格纳定律，解释了缺陷如何影响材料的电荷平衡和电导率。 第三章：晶体结合力与能带理论 本章深入探讨了决定晶体稳定性和电子特性的微观作用力。内容涵盖了离子键、共价键、金属键和范德华力在不同材料体系中的主导地位及作用机制。在电子结构方面，本书详细介绍了布洛赫定理和周期性势场下的电子波函数描述。重点阐述了能带理论，包括费米能级的确定、价带与导带的形成、直接带隙与间接带隙的区别。此外，还讨论了由结构畸变（如晶格振动和缺陷）导致的能带结构微扰及其对材料光学吸收和光致发光特性的影响。 第二部分：先进晶体生长技术与过程控制 本部分侧重于介绍现代晶体生长领域所依赖的关键技术和工程方法，强调过程参数控制对晶体质量的决定性作用。 第四章：熔融法晶体生长技术 熔融法是制备半导体、氧化物及部分金属晶体最常用的技术。本章详细剖析了两种主要的熔融生长技术： 切克劳斯基法（Czochralski, CZ法）：详尽描述了从原料熔化、籽晶引入、拉晶速率、旋转速度控制到晶体冷却的全过程。特别关注了坩埚材料选择、氧气逸出对硅晶体质量的影响，以及如何通过优化温度梯度和拉拔速度来抑制位错的形成和重分布。 布里奇曼-斯托克巴尔格法（Bridgman-Stockbarger, B-S法）：重点阐述了如何通过精确控制热场的线性变化来实现晶体的定向凝固。分析了坩埚与熔体之间的润湿性、对流效应（马尔比-兰德尔数，Marangoni numbers）在液相中成分偏析中的作用，以及如何利用逆向加热区来控制界面形貌。 第五章：溶液法与汽相外延生长 本章介绍了对热敏材料和需要极高纯度材料至关重要的溶液和气相生长技术。 溶液生长（Flux Growth & Hydrothermal Synthesis）：详细讨论了助熔剂（Flux）的选择原则，包括其溶解度特性、与溶质的化学相容性以及助熔剂的去除工艺。对于水热合成，重点分析了高压反应釜的设计、水的性质在超临界状态下的变化，以及酸碱度对晶体化学计量比的调控作用。 化学气相沉积（CVD）与物理气相外延（MBE）：CVD部分侧重于反应机理、气相输运过程、反应物浓度梯度控制以及等离子体增强CVD的应用。MBE部分则专注于超高真空环境（UHV）下的原子层级控制，详细解释了束流的控制、衬底温度对表面重建的影响、以及如何通过监测反射高能电子衍射（RHEED）来实时确定生长速率和表面质量。 第六章：晶体生长的过程诊断与表征 精确的过程诊断是实现高质量晶体生长的前提。本章介绍了几种关键的在线与离线表征手段。讨论了如何利用热场建模与有限元分析（FEA）来优化炉体设计，以达到均匀的温度梯度。对于晶体内部缺陷的实时监测，本书介绍了红外光透射法在检测碳氧杂质和晶体内部微裂纹中的应用。离线表征方面，重点阐述了X射线拓扑学衍射（XTD）用于分析晶格畸变和位错密度，以及光致发光（PL）光谱和拉曼散射光谱在评估晶体中电子态和晶格振动模式方面的应用。 第三部分：晶体缺陷与材料性能的耦合 本部分将前两部分的理论和技术成果联系起来，聚焦于晶体缺陷如何具体地调制材料的宏观性能，这是材料工程应用的核心。 第七章：位错在塑性变形与断裂中的作用 本章专注于线缺陷——位错。首先复习了位错的几何学（如刃型、螺型、混合型位错及其密勒指数表示）。随后，详细论述了位错的运动机制，包括滑移和攀移，并引入了临界分切应力（CRSS）的概念。深入分析了位错源的激活、位错塞积的形成以及其在晶体塑性变形中的核心地位。最后，讨论了如何通过引入点缺陷或第二相粒子（沉淀物）进行位错强化（如固溶强化和沉淀强化），以提高材料的屈服强度和硬度。 第八章：电学性能与空间电荷效应 针对半导体和离子导体，本章深入探讨了缺陷对电学性能的深刻影响。详细解释了杂质原子如何充当施主或受主，改变材料的导电类型和载流子浓度。重点分析了空间电荷区（Space Charge Regions）的形成机制，特别是晶界（Grain Boundaries）附近因离子缺陷富集导致的电势梯度。此外，还讨论了在电场作用下，缺陷的定向迁移（缺陷极化）如何影响介电性能，并阐述了如何利用缺陷工程来优化离子导体的电导率，例如在燃料电池和固态电池中的应用。 第九章：光学活性与发光中心的调控 本章聚焦于晶体缺陷与光相互作用的现象。详细解析了颜色中心（Color Centers）的形成机理，如空位与电子的捕获。针对发光材料，本书探讨了活化剂离子（如稀土离子）的精确掺杂位置（格位占有率）如何决定了其激发和发射光谱。通过计算晶格格点模型，解释了晶格应变和局部电场对称性变化对跃迁概率和斯托克斯频移的影响。最后，结合实例，讨论了如何通过控制缺陷的氧化还原状态来调控LED和激光晶体的发光效率和寿命。 结语：晶体工程的未来展望 本书在总结现有成就的基础上，展望了晶体工程的前沿方向，包括异质结界面工程、拓扑绝缘体的制备挑战、以及在极端环境下（如高通量辐射场）晶体材料稳定性研究的紧迫性，旨在激励读者在材料设计与创新方面进行更深层次的探索。

评分☆☆☆☆☆

这本书的讲解方式非常独特，让人感觉像是在与一位经验丰富的导师对话。对于晶体生长过程中的各种“细节”，作者都给予了极大的关注。我特别喜欢书中关于晶体取向、生长速率以及表面粗糙度等参数如何影响最终晶体质量的讨论。 书中对缺陷的分类和分析，也让我大开眼界。我以前只知道有“缺陷”，但具体有哪些类型，以及它们是如何产生的，书中都给出了清晰的解答。对于这些缺陷如何影响晶体的电学、光学、机械性能等，书中也有详尽的论述，这对于我理解材料的宏观性质提供了重要的理论支撑。

评分☆☆☆☆☆

这本书如同一扇通往微观世界的大门，让我得以一窥晶体形成过程中那些肉眼难以察觉却又至关重要的细节。我一直对物质的内在结构和形成机理充满好奇，尤其是在科学研究中，对材料性能的理解离不开对其微观组织的深入剖析。这本书的晶体生长理论部分，将抽象的概念具象化，通过清晰的图示和严谨的推导，让我对晶体成核、生长动力学有了全新的认识。尤其是关于界面能、生长潜能差等概念的阐述，让我对为什么晶体总是倾向于形成特定形状和取向有了更深刻的理解。 以往对于晶体缺陷的认识，多停留在教科书上的简单模型，如空位、间隙原子等。然而，这本书让我意识到，缺陷远比我想象的要复杂和多样。位错、层错、晶界等这些宏观性质的决定者，在书中得到了详尽的阐释，从其形成机理到对晶体性能的影响，无不令人叹为观止。书中对于不同类型缺陷的表征方法也做了简要介绍，这对于我理解实验数据、进行材料分析非常有帮助。我尤其对书中关于缺陷如何影响材料力学性能的论述印象深刻，这为我日后在实际工作中优化材料性能提供了理论指导。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本书，我仿佛置身于一个由无数原子组成的奇妙宇宙。书中的内容深入浅出，将复杂的晶体生长理论与实际应用巧妙地结合在一起。读到关于表面吸附、原子扩散以及晶核形成机制的部分，我被作者严谨的逻辑和清晰的表达深深吸引。作者并没有回避其中的数学推导，而是用一种引人入胜的方式，将数学公式转化为理解晶体生长过程的有力工具。 更令我惊喜的是，书中对晶体生长过程中可能遇到的各种“不完美”——也就是缺陷，进行了详尽的剖析。这些缺陷，看似微不足道，却往往是决定材料性能的关键。无论是点缺陷、线缺陷还是面缺陷，书中都给出了清晰的定义、形成原因以及对晶体性质的影响。特别是关于位错的讨论，让我对材料的塑性变形有了全新的理解。这本书不仅是理论的殿堂，更是实际应用宝典，为我将来在材料科学领域的研究提供了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书为我打开了晶体学的大门，其严谨的学术风格和丰富的理论内涵让我深深着迷。对于晶体生长的基本原理，从热力学到动力学的分析，都做得非常透彻。我尤其欣赏书中对于“如何让晶体生长得更好”的深入探讨，这不仅仅是理论上的罗列，更是基于对晶体生长机理的深刻理解。 书中对缺陷形成机制的阐述，也让我对材料的“不完美”有了全新的认识。我一直认为缺陷是需要避免的，但这本书让我意识到，某些缺陷的存在甚至可能是必要的，或者说，理解缺陷的形成和演变，是控制晶体质量的关键。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是晶体生长领域的“百科全书”级别的读物，让我受益匪浅。我一直对科学家们如何“创造”出纯净、规则的晶体感到好奇，这本书正好满足了我的求知欲。从基础的晶体结构理论讲到复杂的生长动力学，内容非常系统和全面。 书中对于不同生长方法的介绍，例如从溶液生长、熔体生长和气相生长等，都进行了深入的探讨，并分析了各种方法的优缺点以及适用范围。这让我对实际的晶体生长过程有了更直观的认识。

评分☆☆☆☆☆

超级经典好书！慢慢看！

评分☆☆☆☆☆

很好非常好，真是不错啊

评分☆☆☆☆☆

好看

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书还是不错的

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单位买的单位买的单位买的单位买的

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超级经典好书！慢慢看！

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

不错的书，看着还好。

评分☆☆☆☆☆

搭配着每一个章节得文献看起来很给力