Springer手册精选系列·晶体生长手册（第2册）：熔体法晶体生长技术（影印版） [SpringerHandbook Grystal Growth] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 德哈纳拉（Govindhan Dhanaraj） 等 编

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• 晶体生长
• 熔体法
• 材料科学
• 半导体
• Springer手册
• 精选系列
• 物理学
• 技术
• 影印版
• 材料工程

出版社： 哈尔滨工程大学出版社

ISBN：9787560338675

版次：1

商品编码：11179561

包装：平装

丛书名： Springer手册精选系列

外文名称：SpringerHandbook Grystal Growth

开本：16开

出版时间：2013-01-01

用纸：胶版纸

页数：354

正文语种：英文

内容简介

　　《Springer手册精选系列·晶体生长手册（第2册）：熔体法晶体生长技术（影印版）》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。

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
PartB 熔体生长晶体技术
7.磷化铟：用稳定的磁场生长晶体及缺陷控制
7.1 历史综述
7.2 磁场下液体封盖生长法
7.3 熔体的磁场接触面
7.4 位错密度
7.5 磁流量对杂质隔离的影响
7.6 InP:Fe的光学特征
7.7 总结
参考文献

8.半导体直拉硅单晶和太阳能电池应用
8.1 激光扫描光散射技术生长硅单晶和太阳能电池应用
8.2 直拉硅单晶的晶体缺陷的控制
8.3 太阳能电池应用的多晶硅的生长和特征
8.4 总结
参考文献

9.氧化物光折变单晶的直拉生长法
9.1 背景
9.2 晶体生长
9.3 直拉生长系统的设计和发展
9.4 铌酸锂晶体的生长及其特性
9.5 其他氧化物光折变晶体
9.6 软铋矿晶体的生长及其特性
9.7 结论
参考文献

10.三元化合物Ⅲ-V族半导体体材料晶体生长
10.1 Ⅲ-V族三元化合物半导体
10.2 三元化合物衬底的需求
10.3 器件级三元化合物衬底标准
10.4 布里兹曼晶体生长技术介绍
10.5 Ⅲ-V族的二元化合物晶体生长技术综述
10.6 三元化合物相平衡
10.7 三元化合物半导体合金偏析
10.8 三元化合物晶体裂纹的形成
10.9 单晶三元化合物籽晶生产工艺
10.10 均质合金生长的溶质配备过程
10.11 熔体-固体界面形状的作用
10.12 结论
参考文献

11.用于红外线探测器的锑基窄禁带Ⅲ-V族半导体晶体的生长与特性
11.1 锑基半导体的重要性
11.2 相图
11.3 晶体结构和成键
11.4 材料合成和提纯
11.5 体材料InSb的生长
11.6 InSb、InAsxSbl-x.InBixSbl-x的结构特性
11.7 InSb、InAsxSb1_x.InBixSb1_x的物理性质
11.8 应用
11.9 结语与展望
参考文献

12.光学浮区技术用于氧化物晶体生长
12.1 历史
12.2 光学浮区技术——氧化物的应用
12.3 光学浮区及溶区移动晶体生长技术
12.4 浮区技术的优势和局限
12.5 光学浮区炉
12.6 OFZT的陶瓷和晶棒生长的实验细节
12.7 同成分和不同成分熔融氧化物的稳定生长
12.8 结构过冷和结晶前的稳定性
12.9 晶体生长的终止和冷却
12.10 0FZ技术的晶体生长特点
12.11 晶体缺陷测定——实验方法
12.12 0FZ和TSFZ方法选定氧化物单晶生长的具体条件
……
13.激光加热基座生长氧化物纤维
14.采用壳融技术合成高熔点材料
15.激光基质氟化物和氧化物品体生长
16.晶体生长的成型
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。

精选系列：晶体生长与材料科学新进展 《 Springer手册精选系列·晶体生长手册（第2册）：熔体法晶体生长技术（影印版） 》 聚焦于特定的晶体生长领域——熔体法，深入探讨了利用熔融状态下的材料进行晶体提纯与生长的前沿技术与实践应用。本书的价值在于其对单一技术路径的深度剖析，为特定研究方向的专业人士提供了详实的操作指南和理论支撑。 然而，晶体生长与材料科学是一个广阔的领域，涵盖了多种不同的生长机制、材料体系和应用场景。若我们跳出熔体法这一特定范畴，审视整个材料科学的图景，可以看到大量与本书内容不直接重叠，却同样至关重要的研究方向。 一、固相外延与薄膜生长技术 与熔体法（通常涉及大块单晶的制备）形成鲜明对比的是固相外延（Solid Phase Epitaxy, SPE）和气相沉积技术（Vapor Phase Deposition），它们是现代微电子、光电子器件制造的基石。 固相外延主要关注在特定衬底上，通过加热预先沉积的非晶或多晶薄膜，使其重构并形成与衬底晶向一致的晶体结构。这涉及复杂的界面扩散、原子迁移和应力弛豫机制。本书的熔体法原理（如液固界面控制）与固相外延中的原子重构过程存在根本差异。固相外延的难点在于精确控制界面缺陷的形成和应力累积，其操作温度和压力环境通常远低于熔体法所要求的超高热力学条件。 气相沉积技术，如分子束外延（MBE）和化学气相沉积（CVD），是制备超薄异质结和量子阱结构的核心手段。在MBE中，原子或分子直接从源材料蒸发或升华后，在真空室中轰击到低温衬底上形成薄膜。这完全依赖于高真空环境下的原子束流控制，与熔体法中在液相中控制溶质扩散和界面生长的物理过程截然不同。CVD则涉及复杂的化学反应动力学和反应气体分压控制，其关注点在于化学计量比的精确控制，而非熔体中的热力学平衡。 二、溶液生长法：从水溶液到高温熔剂 熔体法是直接从自身熔体中生长晶体，那么溶液生长法（Solution Growth）则是在溶剂中进行晶体生长。溶液生长法可以分为低温水溶液生长和高温熔剂法。 水溶液生长，常用于制备如石英、KDP（磷酸二氢钾）等水溶性盐类晶体。这种方法在常温或微热条件下进行，主要依赖于溶剂的蒸发、降温或溶剂化/去溶剂化过程来驱动晶体过饱和并生长。其关键控制参数是溶解度曲线、蒸发速率和溶液的搅拌，这与熔体法中需要克服的百万帕斯卡级别压力和上千摄氏度的高温环境是两个极端。 高温熔剂法（Flux Growth）虽然也涉及“熔融”状态，但其核心差异在于溶剂（Flux）的选择。熔剂是一种低熔点、对目标材料溶解度适中的物质（如PbO、Bi₂O₃）。目标材料溶解在熔剂中，然后通过缓慢降温或溶剂蒸发使目标材料析出。这种方法的挑战在于如何分离目标晶体与残留的熔剂，以及如何在高沸点熔剂中维持化学惰性。这与本书讨论的“纯熔体法”（如Czochralski法或安表法，即从材料自身熔体中生长）在热力学体系的复杂度和后处理难度上存在显著区别。 三、非平衡态与高压生长技术 晶体生长技术的发展常常突破热力学平衡的限制，进入非平衡态生长领域，以及利用极端条件实现合成的高压合成。 固态相变与孪晶控制： 许多重要材料（如钙钛矿、锆石基材料）的最终晶体结构是通过低温下的固态相变获得的。控制这些相变过程中的位错引入、孪晶界形成和畴壁运动，是获得高质量铁电体、压电体和形状记忆合金的关键。这完全是固态物理和缺陷工程的范畴，与熔体中液固界面的控制是两个不同的物理过程。 高压合成技术： 对于许多具有高熔点或高相变压力的化合物（例如某些氮化物、硼化物或特定氧化物），只有在数吉帕斯卡（GPa）的压力下才能实现晶体生长或稳定。高温高压（HTHP）法，常用于合成人造金刚石或立方氮化硼。该方法涉及将反应物置于高压釜中，并在加热的同时施加巨大静水压力。其技术核心在于对压力介质的均匀性、模具的耐受性和压力耦合效率的控制，与熔体法中依靠真空或惰性气氛控制的模式大相径庭。 四、先进表征与缺陷工程 高质量晶体的制备离不开先进的表征技术，而这些技术侧重的角度也与熔体生长过程本身有区别。 原位表征（In-situ Characterization）： 现代晶体生长研究越来越依赖在生长过程中实时监测晶体形貌、成分或应力的方法。例如，利用同步辐射光束进行实时X射线衍射（XRD）来观察晶体界面处的晶格畸变，或者使用拉曼光谱监测熔体上方的温度梯度。这些技术旨在捕获生长过程的瞬态信息，而非熔体法固有的热流或对流模型分析。 缺陷工程与杂质控制的微观机制： 熔体法着重于大尺度上的纯化，但对特定杂质原子在晶格内的偏析系数（Segregation Coefficient）和缺陷与位错的成核机制的深入理解，需要借助先进的计算模拟（如密度泛函理论DFT）和透射电子显微镜（TEM）对亚原子尺度的点缺陷和线缺陷进行分析。这些微观尺度的分析，为优化生长参数提供了微观基础，其研究重点在于原子尺度的相互作用，而不是宏观的液相动力学。 综上所述，晶体生长领域的研究广阔无垠，涵盖了从极低温溶液到极端高压环境，从原子束流控制到复杂化学反应的多种技术路径。《 Springer手册精选系列·晶体生长手册（第2册）：熔体法晶体生长技术（影印版） 》 提供了对特定且重要的熔体生长技术的精湛解析，但远非晶体生长科学的全貌。许多依赖于气相、液相溶剂或高压环境的先进晶体技术，构成了与该手册内容互补的、但研究重点和技术细节截然不同的重要分支。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度都令人印象深刻，尤其是关于熔体法晶体生长技术的那些部分，简直是一场学术盛宴。我被书中对于各种生长技术细节的细致描述所震撼，从Czochralski法中如何精确控制籽晶的引入和拔出，到Bridgman法中如何有效地实现温度梯度的定向控制，再到浮区法中如何利用表面张力来支撑熔区，每一个环节都讲得绘声绘色。书中还详细讨论了晶体生长过程中可能遇到的各种问题，比如裂纹的产生、多晶的形成、以及杂质的引入等，并给出了相应的解决方案。我特别喜欢书中对于不同材料（例如，硅、锗、砷化镓、氧化物晶体等）的熔体生长特点的比较分析，这让我能够更清晰地理解在选择和优化生长工艺时，需要考虑哪些关键因素。对于我这种想要深入理解晶体生长原理，并将其应用于实际研究或生产的人来说，这本书提供了一个极其宝贵和全面的资源库，是不可多得的参考宝典。

评分☆☆☆☆☆

这本书着实让我大开眼界，尤其是关于熔体法晶体生长技术的那些篇章，简直是细致入微。书中对不同熔体法，比如Czochralski法（CZ法）、Bridgman法，以及浮区法（FZ法）的原理、设备配置、关键工艺参数控制，都进行了非常深入的探讨。我尤其欣赏的是，作者并没有停留在理论层面，而是花了大量笔墨去分析实际操作中可能遇到的问题，比如坩埚材料的选择对晶体质量的影响、温度梯度控制的精确性如何决定位错密度、以及如何优化生长速度来获得特定尺寸和形貌的晶体。书中提供的很多案例研究，都是从实际科研或工业生产中提炼出来的，这使得理论知识更加生动，也更具指导意义。即使是对熔体法有一定了解的研究者，也能从中获得不少新的启发和解决实际问题的思路。那些关于晶体缺陷的产生机理以及如何通过工艺优化来抑制缺陷的讨论，对于提升晶体质量至关重要。总而言之，这本书为我理解和掌握熔体法晶体生长提供了非常系统和全面的视角，是该领域不可多得的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

这本书就像一位经验丰富的导师，用一种近乎手把手的姿态，引导我一步步走进熔体法晶体生长的世界。我特别喜欢书中对各种设备的介绍，从简易的电阻炉到复杂的感应加热装置，再到各种精密控制系统，都进行了详尽的描述，并且配有精美的插图。让我能够直观地理解这些设备是如何工作的。更重要的是，作者并没有仅仅介绍设备本身，而是将设备与具体的生长过程紧密结合起来，阐述了不同设备在生长不同类型晶体时所扮演的角色以及其优劣势。例如，在讨论CZ法时，书中对坩埚转速、拉速、加热功率之间的耦合关系，以及它们如何影响晶体内的杂质分布和位错形成，进行了深入的探讨。对于我这种想要尝试自己进行晶体生长实验的人来说，这些实际操作层面的信息价值连城。书中还提到了很多关于晶体缺陷的表征方法和消除技术，这对我解决实际生产中遇到的晶体质量问题非常有帮助。总而言之，这本书的内容涵盖了从基础原理到实际应用的全过程，实用性极强。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本《Springer手册精选系列·晶体生长手册（第2册）：熔体法晶体生长技术》是一次极具挑战但又收获颇丰的体验。书中对于熔体法生长过程中涉及到的物理化学原理，如相平衡、传热传质、流体动力学等，进行了非常扎实的论述。作者通过严谨的数学模型和实验数据，揭示了这些原理是如何直接影响晶体生长的最终质量和性能的。我尤其赞赏书中对各种生长工艺的深入剖析，比如浮区法在生长高纯度单晶方面的优势，以及它在克服坩埚污染方面的独特之处。书中还详细介绍了如何通过控制生长气氛、晶体与熔体的界面形状，以及引入掺杂剂来精确调控晶体的电学、光学和磁学性能。这些内容对于那些希望通过晶体生长来开发新型功能材料的研究者来说，提供了宝贵的理论指导和技术参考。虽然其中一些章节涉及到的数学推导比较复杂，需要一定的专业背景才能完全理解，但总体而言，这本书以其深刻的洞察力和详实的数据，为理解熔体法晶体生长提供了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本《晶体生长手册（第2册）：熔体法晶体生长技术》，我立刻被其严谨的学术风格和详实的资料所吸引。虽然我并非专门从事晶体生长研究，但出于对材料科学的兴趣，我希望了解这个领域的前沿进展。本书在介绍熔体法时，其技术细节的阐述堪称典范。书中对热场设计、气氛控制、过冷度管理、以及拉晶/提拉速率对晶体完整性的影响，都有非常深入的分析。我印象深刻的是，作者在讨论不同晶体材料（如硅、氧化物、半导体化合物等）的熔体生长时，会根据材料本身的特性，如熔点、粘度、蒸气压等，来调整工艺参数，并详细解释了这些调整的依据和效果。书中的图表和公式运用得恰到好处，既能清晰地展示复杂的物理过程，又不至于让非专业人士望而却步。对于需要深入理解材料生长过程的工程师或科研人员来说，这本书无疑是宝贵的财富。它不仅仅是一本技术手册，更是一份对晶体生长艺术的精妙阐释，让我得以窥见科研工作者如何通过对微观世界的精细操控，创造出宏观上的完美晶体。

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内容专业，不错，不错

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好看

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