晶体生长机理.ppt

1、晶体生长基础，郭雪峰，材料科学与工程学院，简介，晶体生长过程中相平衡晶体成核理论的界面运动学，晶体生长过程中的界面稳定性和界面动力学，内容，第1章单晶，第2章晶体生长方法，第3章相平衡态图，第4章晶体生长过程中的输运问题，第5章界面稳定性理论， 第六章晶体成核理论第七章界面结构和运动学理论第八章界面动力学理论第九章晶体生长的基本问题第十章晶体质量鉴定第一章单晶1.1新材料技术和单晶材料的分类(按其用途)，2。 晶体、BBO晶体、晶体材料在功能材料中起着重要的作用，这是由一系列独特的物理性质决定的。常见的晶体材料有：(1)激光晶体，固态激光器的发光材料，通常称为激光晶体。目前，早期的红宝石(Al

2、2O3:Cr3)和目前的掺钕钇铝石榴石(YAG:Nd3)已在350多种基质晶体和20多种活性离子的约70个过渡带中实现了受激发射。nd:yvo4晶体nd:yvo4晶体是最优秀的激光基质材料之一，它适用于二极管激光泵浦固体激光器。a)活性离子(发光中心Nd3、Cr3、Ho3、Dy2)掺杂在基质晶体(载体)中。输出波长范围从紫外(0.17米)到中红外(5.15米)。例如，红宝石Al2O3:Cr3、掺钕钇铝石榴石YAG:Nd3等。b)化学计量的激光晶体，其激发离子是晶体成分之一。其特点：高效率、低价值、低功耗。分类(按成分)，(2)非线性光学晶体，定义：当晶体受到强电磁场时，由非线性极化引起的非线性

3、光学效应。目的：实现光频转换：非线性光学晶体可以通过倍频、和差、光参量放大和多光子吸收等非线性过程改变入射光和发射光的频率变化。磷酸二氢钾(KDP)和磷酸二氘钾(DKDP)目前用于电光调制和频率转换。科瑞泰克KDP和DKDP具有高非线性系数和高光学阻尼年龄阈值，可用于高速摄影的电光调制器、调Q开关和快门。KH2PO4KD2PO4，应用于激光频率转换、四波混频、光束控制、图像放大、光学信息处理、激光对抗和核聚变等领域。现状：中国在这一领域处于领先地位。(3)电光晶体，定义：当光通过具有外场的晶体时，光随外场而变化，如偏转和偏振面旋转，从而控制光的传播。这种晶体是电光晶体。应用：光通信、光开关、大

4、屏幕显示、光存储、光雷达和光计算机。要求：在所用波长范围内，光吸收和散射应小，电阻率应大，介质损耗角应小，化学稳定性好，机械和热性能好，半波电压低等。(4)声光晶体，定义：当超声波通过晶体时，它们产生随时间变化的压缩和膨胀区，使晶体的折射率周期性变化，形成由超声波引起的折射率光栅。当光通过折射率周期性变化的晶体时，它将被光栅衍射并产生声光相互作用。这种晶体是声光晶体。应用：高速激光打印系统、激光雷达、光学计算机等。(5)磁光晶体，定义：当光通过组成原子并被具有一定磁性(克尔效应)的磁性晶体反射或透射时，其偏振面将发生变化，这种晶体就是磁光晶体。应用：激光快速开关、调制器、环行器和隔离器；计算机

5、存储等。定义：当温度变化时，晶体学方向上的正负电荷相对于重心移动，导致自发极化效应。这些晶体是热电晶体管。应用：红外热释电探测器、红外热释电摄像管等。压电晶体，定义：晶体通过拉伸或压缩而极化的现象，导致晶体的表面电荷，称为压电效应。应用：滤波器、谐振器、光偏转器、称重传感器等。闪烁晶体，定义：当射线或放射性粒子穿过晶体时，晶体会发出荧光脉冲，这种晶体就是闪烁晶体。应用：核医学、核技术、空间物理等。(9)半导体晶体，定义：导体之间具有电阻率的晶体(10-5。cm)和绝缘体(1010。cm)是半导体晶体。应用：声音、光、电等。(10)薄膜晶体，定义为厚度为1米或更小的晶体。应用：电子管和超大规模集

6、成电路。除上述晶体外，还有铁电体、硬体、绝缘体、敏感体、热光体、超导体、快离子导体等。1.2原材料状态(母相)生长单晶时，生长方法分为如下几种：气相、液相、固相，晶体生长方法分类，科学发展对晶体材料的数量、质量和品种要求越来越高。晶体生长方法有其自身的特点，在生产中应根据需要决定采用哪种方法。晶体生长的研究方法与其他材料相同。除了严格控制晶体生长的原料外，晶体结构、晶体生长方法和晶体性质的研究也是晶体生长研究的重点。可以看出，晶体生长的研究必须以(1)晶体生长，(2)晶体物理和(3)晶体化学为基础。简言之：图1.1晶体学研究的基础内容及相互关系，1.4材料科学研究与发展方向(1)材料复合化(2

7、)纳米材料(3)智能材料(4)生物医学材料(5)C60系列材料，非平衡材料碳是一种以各种多晶型以及无定形状态存在的元素，这组材料实际上不属于任何一种传统的金属、陶瓷、聚合物分类方案1 .钻石，钻石是一种在室温和大气压下的亚稳态碳多晶型物。其晶体结构是闪锌矿的变体，其中碳原子占据所有位置（锌和硫)，如图3.4所示的晶胞所示2007年.图1:金刚石立方晶体结构的晶胞。2 .石墨，石墨的晶体结构明显不同于金刚石，并且在环境温度和压力下比金刚石更稳定2007年.石墨结构由六边形排列的碳原子层组成；在这些层中，每个碳原子通过强共价键与三个共面的相邻原子结合。第四个成键电子参与层间弱范德华型键。图石墨的结构。共价键，弱范德华型3 .富勒烯，另一种多晶型的碳是在1985年发现的。它以离散的分子形式存在，由一个由60个碳原子组成的中空球形团簇组成。单个分子用C60表示，每个分子都是由碳原子组成的，这些碳原子相互结合形成六边形（六个碳原子(和五边形（五个碳原子(的几何构型。发现一个这样的分子由20个六边形和12个五边形组成，它们排列成没有两个五边形共用一条边；因此，分子表面呈现足球的对称性。由C60分子组成的材料被称为巴克敏斯特富勒烯，以纪念发明测地线圆顶的巴克敏斯特富勒而命名，C60 .通常简称为巴克球.术语富勒烯用来表示由这种分子组成的一类材料.我们到了！图C60分子的结