Springer手冊精選係列·晶體生長手冊（第1冊）：晶體生長及缺陷形成概論（影印版） [Springer Handbook Crystal Growth] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 德哈納拉（Govindhan Dhanaraj） 等 編

圖書標籤:

• 晶體生長
• 材料科學
• 半導體
• 物理學
• 化學
• Springer
• 手冊
• 晶體缺陷
• 材料工程
• 固體物理

齣版社： 哈爾濱工業大學齣版社

ISBN：9787560333861

版次：1

商品編碼：11179560

包裝：平裝

叢書名： Springer手冊精選係列

外文名稱：Springer Handbook Crystal Growth

開本：16開

齣版時間：2013-01-01

用紙：膠版紙

頁數：201

正文語種：英文

內容簡介

　　《Springer手冊精選係列·晶體生長手冊（第1冊）：晶體生長及缺陷形成概論（影印版）》介紹基礎理論：生長和錶徵技術綜述，錶麵成核工藝，溶液生長晶體的形態，生長過程中成核的層錯，缺陷形成的形態。

作者簡介

　　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.

內頁插圖

精彩書評

　　施普林格的手冊，一貫全麵闡述基礎理論，提供可靠的研究方法和關鍵知識皮及大量的參考文獻，介紹最新的應用實例，前瞻學科的發展方嚮。手冊作者多為世界首席專傢或知名學者。手冊具有極大的實用性，其錶格、圖標、索引等更增加瞭它的使用價值。
　　——《Springer手冊精選係列》推薦委員會

目錄

縮略語
PartA 晶體生長基礎及缺陷形成
1.晶體生長技術和錶徵：綜述
1.1 發展曆史
1.2 晶體生長理論
1.3 晶體生長技術
1.4 晶體缺陷及錶徵
參考文獻

2.錶麵成核
2.1 晶體環境相平衡
2.2 晶核形成及工作機理
2.3 成核率
2.4 飽和晶核密度
2.5 在同質外延中的第二層成核
2.6 異質外延中的聚集機理
2.7 錶麵活性劑對成核的影響
2.8 結論與展望
參考文獻

3.溶液中的晶體生長形態
3.1 相平衡
3.2 晶體的生長相理論
3.3 影響晶體特性的因素
3.4 錶麵結構
3.5 晶體缺陷
3.6 成核動力學——過飽和
3.7 溶劑
3.8 雜質
3.9 其他因素
3.1 0晶體特性變化過程
3.1 1小結
3.A附錄
參考文獻

4.晶體生長過程中缺陷的生長及演變
4.1 綜述
4.2 包晶：
4.3 條紋和生長區
4.4 位錯
4.5 孿晶
4.6 溶液中快速生長完整晶體
參考文獻

5.沒有約束條件下的單晶生長
5.1 背景
5.2 光滑和粗糙的接觸麵：生長機理和形態學
5.3 錶麵微形貌
5.4 多麵體材料晶體的生長形貌
5.5 內部形態
5.6 完整單晶
參考文獻

6.熔體生長晶體期間缺陷的形成
6.1 綜述
6.2 點缺陷
6.3 位錯
6.4 第二相粒子
6.5 麵缺陷
6.6 孿晶
6.7 總結
參考文獻

前言/序言

　　多年以來，有很多探索研究已經成功地描述瞭晶體生長的生長工藝和科學，有許多文章、專著、會議文集和手冊對這一領域的前沿成果做瞭綜閤評述。這些齣版物反映瞭人們對體材料晶體和薄膜晶體的興趣日益增長，這是由於它們的電子、光學、機械、微結構以及不同的科學和技術應用引起的。實際上，大部分半導體和光器件的現代成果，如果沒有基本的、二元的、三元的及其他不同特性和大尺寸的化閤物晶體的發展則是不可能的。這些文章緻力於生長機製的基本理解、缺陷形成、生長工藝和生長係統的設計，因此數量是龐大的。
　　本手冊針對目前備受關注的體材料晶體和薄膜晶體的生長技術水平進行闡述。我們的目的是使讀者瞭解經常使用的生長工藝、材料生産和缺陷産生的基本知識。為完成這一任務，我們精選瞭50多位頂尖科學傢、學者和工程師，他們的閤作者來自於22個不同國傢。這些作者根據他們的專業所長，編寫瞭關於晶體生長和缺陷形成共計52章內容：從熔體、溶液到氣相體材料生長；外延生長；生長工藝和缺陷的模型；缺陷特性的技術以及一些現代的特彆課題。
　　本手冊分為七部分。PartA介紹基礎理論：生長和錶徵技術綜述，錶麵成核工藝，溶液生長晶體的形態，生長過程中成核的層錯，缺陷形成的形態。
　　PartB介紹體材料晶體的熔體生長，一種生長大尺寸晶體的關鍵方法。這一部分闡述瞭直拉單晶工藝、泡生法、布裏茲曼法、浮區熔融等工藝，以及這些方法的最新進展，例如應用磁場的晶體生長、生長軸的取嚮、增加底基和形狀控製。本部分涉及材料從矽和Ⅲ-V族化閤物到氧化物和氟化物的廣泛內容。
　　第三部分，本書的PartC關注瞭溶液生長法。在前兩章裏討論瞭水熱生長法的不同方麵，隨後的三章介紹瞭非綫性和激光晶體、KTP和KDP。通過在地球上和微重力環境下生長的比較給齣瞭重力對溶液生長法的影響的知識。
　　PartD的主題是氣相生長。這一部分提供瞭碳化矽、氮化鎵、氮化鋁和有機半導體的氣相生長的內容。隨後的PartE是關於外延生長和薄膜的，主要包括從液相的化學氣相澱積到脈衝激光和脈衝電子澱積。
　　PartF介紹瞭生長工藝和缺陷形成的模型。這些章節驗證瞭工藝參數和産生晶體質量問題包括缺陷形成的直接相互作用關係。隨後的PartG展示瞭結晶材料特性和分析的發展。PartF和G說明瞭預測工具和分析技術在幫助高質量的大尺寸晶體生長工藝的設計和控製方麵是非常好用的。
　　最後的PartH緻力於精選這一領域的部分現代課題，例如蛋白質晶體生長、凝膠結晶、原位結構、單晶閃爍材料的生長、光電材料和綫切割大晶體薄膜。
　　我們希望這本施普林格手冊對那些學習晶體生長的研究生，那些從事或即將從事這一領域研究的來自學術界和工業領域的研究人員、科學傢和工程師以及那些製備晶體的人是有幫助的。

晶體材料科學基礎：深入理解與前沿應用 圖書簡介 本書是一本麵嚮材料科學傢、物理學傢、化學傢以及相關工程技術人員的權威性著作，緻力於全麵、深入地探討晶體材料科學的核心原理、先進技術以及廣泛的應用領域。全書結構嚴謹，內容翔實，不僅覆蓋瞭晶體材料從宏觀到微觀尺度的基本理論，更聚焦於當前研究熱點與工業化生産中的關鍵挑戰。 第一部分：晶體結構與基本性質的理論基石 本部分為理解晶體材料的特性奠定堅實的理論基礎，著重於描述晶體的內在秩序性及其對宏觀物理性能的決定作用。 第一章：晶體學的基本概念與對稱性 本章係統闡述瞭晶體物理學的基本要素。首先迴顧瞭晶體周期性結構的基本定義，包括晶格、基矢、晶胞的概念。隨後，深入剖析瞭晶體的點群和空間群，詳細講解瞭施溫涅斯基符號（Schoenflies symbols）和國際符號（Hermann-Mauguin notation）在描述晶體對稱性上的應用及其物理意義。重點討論瞭對稱操作（如鏇轉軸、反演中心、滑移麵）如何限製材料的宏觀性質，例如電學、光學和壓電效應。此外，還引入瞭倒易點陣的概念及其在衍射實驗中的核心作用。 第二章：晶體缺陷的分類與熱力學 晶體材料的性能並非完全由完美晶體決定，缺陷的存在是理解其本徵與非本徵性質的關鍵。本章首先對晶體缺陷進行全麵的分類：從零維缺陷（點缺陷，如空位、間隙原子、雜質）到二維缺陷（如晶界、層錯、堆垛層錯），再到綫缺陷（位錯）和體缺陷（孔洞、析齣相等）。針對每類缺陷，本章詳細分析瞭它們的熱力學形成能、平衡濃度及擴散機製。特彆是對點缺陷在不同氣氛和溫度下的化學計量學依賴性進行瞭深入探討，並結閤法拉第定律和瓦格納定律，解釋瞭缺陷如何影響材料的電荷平衡和電導率。 第三章：晶體結閤力與能帶理論 本章深入探討瞭決定晶體穩定性和電子特性的微觀作用力。內容涵蓋瞭離子鍵、共價鍵、金屬鍵和範德華力在不同材料體係中的主導地位及作用機製。在電子結構方麵，本書詳細介紹瞭布洛赫定理和周期性勢場下的電子波函數描述。重點闡述瞭能帶理論，包括費米能級的確定、價帶與導帶的形成、直接帶隙與間接帶隙的區彆。此外，還討論瞭由結構畸變（如晶格振動和缺陷）導緻的能帶結構微擾及其對材料光學吸收和光緻發光特性的影響。 第二部分：先進晶體生長技術與過程控製 本部分側重於介紹現代晶體生長領域所依賴的關鍵技術和工程方法，強調過程參數控製對晶體質量的決定性作用。 第四章：熔融法晶體生長技術 熔融法是製備半導體、氧化物及部分金屬晶體最常用的技術。本章詳細剖析瞭兩種主要的熔融生長技術： 切剋勞斯基法（Czochralski, CZ法）：詳盡描述瞭從原料熔化、籽晶引入、拉晶速率、鏇轉速度控製到晶體冷卻的全過程。特彆關注瞭坩堝材料選擇、氧氣逸齣對矽晶體質量的影響，以及如何通過優化溫度梯度和拉拔速度來抑製位錯的形成和重分布。 布裏奇曼-斯托剋巴爾格法（Bridgman-Stockbarger, B-S法）：重點闡述瞭如何通過精確控製熱場的綫性變化來實現晶體的定嚮凝固。分析瞭坩堝與熔體之間的潤濕性、對流效應（馬爾比-蘭德爾數，Marangoni numbers）在液相中成分偏析中的作用，以及如何利用逆嚮加熱區來控製界麵形貌。 第五章：溶液法與汽相外延生長 本章介紹瞭對熱敏材料和需要極高純度材料至關重要的溶液和氣相生長技術。 溶液生長（Flux Growth & Hydrothermal Synthesis）：詳細討論瞭助熔劑（Flux）的選擇原則，包括其溶解度特性、與溶質的化學相容性以及助熔劑的去除工藝。對於水熱閤成，重點分析瞭高壓反應釜的設計、水的性質在超臨界狀態下的變化，以及酸堿度對晶體化學計量比的調控作用。 化學氣相沉積（CVD）與物理氣相外延（MBE）：CVD部分側重於反應機理、氣相輸運過程、反應物濃度梯度控製以及等離子體增強CVD的應用。MBE部分則專注於超高真空環境（UHV）下的原子層級控製，詳細解釋瞭束流的控製、襯底溫度對錶麵重建的影響、以及如何通過監測反射高能電子衍射（RHEED）來實時確定生長速率和錶麵質量。 第六章：晶體生長的過程診斷與錶徵 精確的過程診斷是實現高質量晶體生長的前提。本章介紹瞭幾種關鍵的在綫與離綫錶徵手段。討論瞭如何利用熱場建模與有限元分析（FEA）來優化爐體設計，以達到均勻的溫度梯度。對於晶體內部缺陷的實時監測，本書介紹瞭紅外光透射法在檢測碳氧雜質和晶體內部微裂紋中的應用。離綫錶徵方麵，重點闡述瞭X射綫拓撲學衍射（XTD）用於分析晶格畸變和位錯密度，以及光緻發光（PL）光譜和拉曼散射光譜在評估晶體中電子態和晶格振動模式方麵的應用。 第三部分：晶體缺陷與材料性能的耦閤 本部分將前兩部分的理論和技術成果聯係起來，聚焦於晶體缺陷如何具體地調製材料的宏觀性能，這是材料工程應用的核心。 第七章：位錯在塑性變形與斷裂中的作用 本章專注於綫缺陷——位錯。首先復習瞭位錯的幾何學（如刃型、螺型、混閤型位錯及其密勒指數錶示）。隨後，詳細論述瞭位錯的運動機製，包括滑移和攀移，並引入瞭臨界分切應力（CRSS）的概念。深入分析瞭位錯源的激活、位錯塞積的形成以及其在晶體塑性變形中的核心地位。最後，討論瞭如何通過引入點缺陷或第二相粒子（沉澱物）進行位錯強化（如固溶強化和沉澱強化），以提高材料的屈服強度和硬度。 第八章：電學性能與空間電荷效應 針對半導體和離子導體，本章深入探討瞭缺陷對電學性能的深刻影響。詳細解釋瞭雜質原子如何充當施主或受主，改變材料的導電類型和載流子濃度。重點分析瞭空間電荷區（Space Charge Regions）的形成機製，特彆是晶界（Grain Boundaries）附近因離子缺陷富集導緻的電勢梯度。此外，還討論瞭在電場作用下，缺陷的定嚮遷移（缺陷極化）如何影響介電性能，並闡述瞭如何利用缺陷工程來優化離子導體的電導率，例如在燃料電池和固態電池中的應用。 第九章：光學活性與發光中心的調控 本章聚焦於晶體缺陷與光相互作用的現象。詳細解析瞭顔色中心（Color Centers）的形成機理，如空位與電子的捕獲。針對發光材料，本書探討瞭活化劑離子（如稀土離子）的精確摻雜位置（格位占有率）如何決定瞭其激發和發射光譜。通過計算晶格格點模型，解釋瞭晶格應變和局部電場對稱性變化對躍遷概率和斯托剋斯頻移的影響。最後，結閤實例，討論瞭如何通過控製缺陷的氧化還原狀態來調控LED和激光晶體的發光效率和壽命。 結語：晶體工程的未來展望 本書在總結現有成就的基礎上，展望瞭晶體工程的前沿方嚮，包括異質結界麵工程、拓撲絕緣體的製備挑戰、以及在極端環境下（如高通量輻射場）晶體材料穩定性研究的緊迫性，旨在激勵讀者在材料設計與創新方麵進行更深層次的探索。

評分☆☆☆☆☆

這本書絕對是晶體生長領域的“百科全書”級彆的讀物，讓我受益匪淺。我一直對科學傢們如何“創造”齣純淨、規則的晶體感到好奇，這本書正好滿足瞭我的求知欲。從基礎的晶體結構理論講到復雜的生長動力學，內容非常係統和全麵。 書中對於不同生長方法的介紹，例如從溶液生長、熔體生長和氣相生長等，都進行瞭深入的探討，並分析瞭各種方法的優缺點以及適用範圍。這讓我對實際的晶體生長過程有瞭更直觀的認識。

評分☆☆☆☆☆

這本書如同一扇通往微觀世界的大門，讓我得以一窺晶體形成過程中那些肉眼難以察覺卻又至關重要的細節。我一直對物質的內在結構和形成機理充滿好奇，尤其是在科學研究中，對材料性能的理解離不開對其微觀組織的深入剖析。這本書的晶體生長理論部分，將抽象的概念具象化，通過清晰的圖示和嚴謹的推導，讓我對晶體成核、生長動力學有瞭全新的認識。尤其是關於界麵能、生長潛能差等概念的闡述，讓我對為什麼晶體總是傾嚮於形成特定形狀和取嚮有瞭更深刻的理解。 以往對於晶體缺陷的認識，多停留在教科書上的簡單模型，如空位、間隙原子等。然而，這本書讓我意識到，缺陷遠比我想象的要復雜和多樣。位錯、層錯、晶界等這些宏觀性質的決定者，在書中得到瞭詳盡的闡釋，從其形成機理到對晶體性能的影響，無不令人嘆為觀止。書中對於不同類型缺陷的錶徵方法也做瞭簡要介紹，這對於我理解實驗數據、進行材料分析非常有幫助。我尤其對書中關於缺陷如何影響材料力學性能的論述印象深刻，這為我日後在實際工作中優化材料性能提供瞭理論指導。

評分☆☆☆☆☆

這本書的講解方式非常獨特，讓人感覺像是在與一位經驗豐富的導師對話。對於晶體生長過程中的各種“細節”，作者都給予瞭極大的關注。我特彆喜歡書中關於晶體取嚮、生長速率以及錶麵粗糙度等參數如何影響最終晶體質量的討論。 書中對缺陷的分類和分析，也讓我大開眼界。我以前隻知道有“缺陷”，但具體有哪些類型，以及它們是如何産生的，書中都給齣瞭清晰的解答。對於這些缺陷如何影響晶體的電學、光學、機械性能等，書中也有詳盡的論述，這對於我理解材料的宏觀性質提供瞭重要的理論支撐。

評分☆☆☆☆☆

這本書為我打開瞭晶體學的大門，其嚴謹的學術風格和豐富的理論內涵讓我深深著迷。對於晶體生長的基本原理，從熱力學到動力學的分析，都做得非常透徹。我尤其欣賞書中對於“如何讓晶體生長得更好”的深入探討，這不僅僅是理論上的羅列，更是基於對晶體生長機理的深刻理解。 書中對缺陷形成機製的闡述，也讓我對材料的“不完美”有瞭全新的認識。我一直認為缺陷是需要避免的，但這本書讓我意識到，某些缺陷的存在甚至可能是必要的，或者說，理解缺陷的形成和演變，是控製晶體質量的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

翻開這本書，我仿佛置身於一個由無數原子組成的奇妙宇宙。書中的內容深入淺齣，將復雜的晶體生長理論與實際應用巧妙地結閤在一起。讀到關於錶麵吸附、原子擴散以及晶核形成機製的部分，我被作者嚴謹的邏輯和清晰的錶達深深吸引。作者並沒有迴避其中的數學推導，而是用一種引人入勝的方式，將數學公式轉化為理解晶體生長過程的有力工具。 更令我驚喜的是，書中對晶體生長過程中可能遇到的各種“不完美”——也就是缺陷，進行瞭詳盡的剖析。這些缺陷，看似微不足道，卻往往是決定材料性能的關鍵。無論是點缺陷、綫缺陷還是麵缺陷，書中都給齣瞭清晰的定義、形成原因以及對晶體性質的影響。特彆是關於位錯的討論，讓我對材料的塑性變形有瞭全新的理解。這本書不僅是理論的殿堂，更是實際應用寶典，為我將來在材料科學領域的研究提供瞭堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

經典經典經典經典經典經典經典經典經典經典

評分☆☆☆☆☆

這套書都不錯，這是第一本，可以認真看看

評分☆☆☆☆☆

專業書籍，比較全麵。

評分☆☆☆☆☆

很不錯的書，非常實用

評分☆☆☆☆☆

隻有很少的頁數，太貴瞭

評分☆☆☆☆☆

正版很多常遇到的問題解決方法應該有用

評分☆☆☆☆☆

書還是不錯的

評分☆☆☆☆☆

超級經典好書！慢慢看！

評分☆☆☆☆☆

專業書籍，比較全麵。