Springer手冊精選係列·晶體生長手冊（第2冊）：熔體法晶體生長技術（影印版） [SpringerHandbook Grystal 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
• 熔體法
• 材料科學
• 半導體
• Springer手冊
• 精選係列
• 物理學
• 技術
• 影印版
• 材料工程

齣版社： 哈爾濱工程大學齣版社

ISBN：9787560338675

版次：1

商品編碼：11179561

包裝：平裝

叢書名： Springer手冊精選係列

外文名稱：SpringerHandbook Grystal Growth

開本：16開

齣版時間：2013-01-01

用紙：膠版紙

頁數：354

正文語種：英文

內容簡介

　　《Springer手冊精選係列·晶體生長手冊（第2冊）：熔體法晶體生長技術（影印版）》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。

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
PartB 熔體生長晶體技術
7.磷化銦：用穩定的磁場生長晶體及缺陷控製
7.1 曆史綜述
7.2 磁場下液體封蓋生長法
7.3 熔體的磁場接觸麵
7.4 位錯密度
7.5 磁流量對雜質隔離的影響
7.6 InP:Fe的光學特徵
7.7 總結
參考文獻

8.半導體直拉矽單晶和太陽能電池應用
8.1 激光掃描光散射技術生長矽單晶和太陽能電池應用
8.2 直拉矽單晶的晶體缺陷的控製
8.3 太陽能電池應用的多晶矽的生長和特徵
8.4 總結
參考文獻

9.氧化物光摺變單晶的直拉生長法
9.1 背景
9.2 晶體生長
9.3 直拉生長係統的設計和發展
9.4 鈮酸鋰晶體的生長及其特性
9.5 其他氧化物光摺變晶體
9.6 軟鉍礦晶體的生長及其特性
9.7 結論
參考文獻

10.三元化閤物Ⅲ-V族半導體體材料晶體生長
10.1 Ⅲ-V族三元化閤物半導體
10.2 三元化閤物襯底的需求
10.3 器件級三元化閤物襯底標準
10.4 布裏茲曼晶體生長技術介紹
10.5 Ⅲ-V族的二元化閤物晶體生長技術綜述
10.6 三元化閤物相平衡
10.7 三元化閤物半導體閤金偏析
10.8 三元化閤物晶體裂紋的形成
10.9 單晶三元化閤物籽晶生産工藝
10.10 均質閤金生長的溶質配備過程
10.11 熔體-固體界麵形狀的作用
10.12 結論
參考文獻

11.用於紅外綫探測器的銻基窄禁帶Ⅲ-V族半導體晶體的生長與特性
11.1 銻基半導體的重要性
11.2 相圖
11.3 晶體結構和成鍵
11.4 材料閤成和提純
11.5 體材料InSb的生長
11.6 InSb、InAsxSbl-x.InBixSbl-x的結構特性
11.7 InSb、InAsxSb1_x.InBixSb1_x的物理性質
11.8 應用
11.9 結語與展望
參考文獻

12.光學浮區技術用於氧化物晶體生長
12.1 曆史
12.2 光學浮區技術——氧化物的應用
12.3 光學浮區及溶區移動晶體生長技術
12.4 浮區技術的優勢和局限
12.5 光學浮區爐
12.6 OFZT的陶瓷和晶棒生長的實驗細節
12.7 同成分和不同成分熔融氧化物的穩定生長
12.8 結構過冷和結晶前的穩定性
12.9 晶體生長的終止和冷卻
12.10 0FZ技術的晶體生長特點
12.11 晶體缺陷測定——實驗方法
12.12 0FZ和TSFZ方法選定氧化物單晶生長的具體條件
……
13.激光加熱基座生長氧化物縴維
14.采用殼融技術閤成高熔點材料
15.激光基質氟化物和氧化物品體生長
16.晶體生長的成型
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。

精選係列：晶體生長與材料科學新進展 《 Springer手冊精選係列·晶體生長手冊（第2冊）：熔體法晶體生長技術（影印版） 》 聚焦於特定的晶體生長領域——熔體法，深入探討瞭利用熔融狀態下的材料進行晶體提純與生長的前沿技術與實踐應用。本書的價值在於其對單一技術路徑的深度剖析，為特定研究方嚮的專業人士提供瞭詳實的操作指南和理論支撐。 然而，晶體生長與材料科學是一個廣闊的領域，涵蓋瞭多種不同的生長機製、材料體係和應用場景。若我們跳齣熔體法這一特定範疇，審視整個材料科學的圖景，可以看到大量與本書內容不直接重疊，卻同樣至關重要的研究方嚮。 一、固相外延與薄膜生長技術 與熔體法（通常涉及大塊單晶的製備）形成鮮明對比的是固相外延（Solid Phase Epitaxy, SPE）和氣相沉積技術（Vapor Phase Deposition），它們是現代微電子、光電子器件製造的基石。 固相外延主要關注在特定襯底上，通過加熱預先沉積的非晶或多晶薄膜，使其重構並形成與襯底晶嚮一緻的晶體結構。這涉及復雜的界麵擴散、原子遷移和應力弛豫機製。本書的熔體法原理（如液固界麵控製）與固相外延中的原子重構過程存在根本差異。固相外延的難點在於精確控製界麵缺陷的形成和應力纍積，其操作溫度和壓力環境通常遠低於熔體法所要求的超高熱力學條件。 氣相沉積技術，如分子束外延（MBE）和化學氣相沉積（CVD），是製備超薄異質結和量子阱結構的核心手段。在MBE中，原子或分子直接從源材料蒸發或升華後，在真空室中轟擊到低溫襯底上形成薄膜。這完全依賴於高真空環境下的原子束流控製，與熔體法中在液相中控製溶質擴散和界麵生長的物理過程截然不同。CVD則涉及復雜的化學反應動力學和反應氣體分壓控製，其關注點在於化學計量比的精確控製，而非熔體中的熱力學平衡。 二、溶液生長法：從水溶液到高溫熔劑 熔體法是直接從自身熔體中生長晶體，那麼溶液生長法（Solution Growth）則是在溶劑中進行晶體生長。溶液生長法可以分為低溫水溶液生長和高溫熔劑法。 水溶液生長，常用於製備如石英、KDP（磷酸二氫鉀）等水溶性鹽類晶體。這種方法在常溫或微熱條件下進行，主要依賴於溶劑的蒸發、降溫或溶劑化/去溶劑化過程來驅動晶體過飽和並生長。其關鍵控製參數是溶解度麯綫、蒸發速率和溶液的攪拌，這與熔體法中需要剋服的百萬帕斯卡級彆壓力和上韆攝氏度的高溫環境是兩個極端。 高溫熔劑法（Flux Growth）雖然也涉及“熔融”狀態，但其核心差異在於溶劑（Flux）的選擇。熔劑是一種低熔點、對目標材料溶解度適中的物質（如PbO、Bi₂O₃）。目標材料溶解在熔劑中，然後通過緩慢降溫或溶劑蒸發使目標材料析齣。這種方法的挑戰在於如何分離目標晶體與殘留的熔劑，以及如何在高沸點熔劑中維持化學惰性。這與本書討論的“純熔體法”（如Czochralski法或安錶法，即從材料自身熔體中生長）在熱力學體係的復雜度和後處理難度上存在顯著區彆。 三、非平衡態與高壓生長技術 晶體生長技術的發展常常突破熱力學平衡的限製，進入非平衡態生長領域，以及利用極端條件實現閤成的高壓閤成。 固態相變與孿晶控製： 許多重要材料（如鈣鈦礦、鋯石基材料）的最終晶體結構是通過低溫下的固態相變獲得的。控製這些相變過程中的位錯引入、孿晶界形成和疇壁運動，是獲得高質量鐵電體、壓電體和形狀記憶閤金的關鍵。這完全是固態物理和缺陷工程的範疇，與熔體中液固界麵的控製是兩個不同的物理過程。 高壓閤成技術： 對於許多具有高熔點或高相變壓力的化閤物（例如某些氮化物、硼化物或特定氧化物），隻有在數吉帕斯卡（GPa）的壓力下纔能實現晶體生長或穩定。高溫高壓（HTHP）法，常用於閤成人造金剛石或立方氮化硼。該方法涉及將反應物置於高壓釜中，並在加熱的同時施加巨大靜水壓力。其技術核心在於對壓力介質的均勻性、模具的耐受性和壓力耦閤效率的控製，與熔體法中依靠真空或惰性氣氛控製的模式大相徑庭。 四、先進錶徵與缺陷工程 高質量晶體的製備離不開先進的錶徵技術，而這些技術側重的角度也與熔體生長過程本身有區彆。 原位錶徵（In-situ Characterization）： 現代晶體生長研究越來越依賴在生長過程中實時監測晶體形貌、成分或應力的方法。例如，利用同步輻射光束進行實時X射綫衍射（XRD）來觀察晶體界麵處的晶格畸變，或者使用拉曼光譜監測熔體上方的溫度梯度。這些技術旨在捕獲生長過程的瞬態信息，而非熔體法固有的熱流或對流模型分析。 缺陷工程與雜質控製的微觀機製： 熔體法著重於大尺度上的純化，但對特定雜質原子在晶格內的偏析係數（Segregation Coefficient）和缺陷與位錯的成核機製的深入理解，需要藉助先進的計算模擬（如密度泛函理論DFT）和透射電子顯微鏡（TEM）對亞原子尺度的點缺陷和綫缺陷進行分析。這些微觀尺度的分析，為優化生長參數提供瞭微觀基礎，其研究重點在於原子尺度的相互作用，而不是宏觀的液相動力學。 綜上所述，晶體生長領域的研究廣闊無垠，涵蓋瞭從極低溫溶液到極端高壓環境，從原子束流控製到復雜化學反應的多種技術路徑。《 Springer手冊精選係列·晶體生長手冊（第2冊）：熔體法晶體生長技術（影印版） 》 提供瞭對特定且重要的熔體生長技術的精湛解析，但遠非晶體生長科學的全貌。許多依賴於氣相、液相溶劑或高壓環境的先進晶體技術，構成瞭與該手冊內容互補的、但研究重點和技術細節截然不同的重要分支。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本《Springer手冊精選係列·晶體生長手冊（第2冊）：熔體法晶體生長技術》是一次極具挑戰但又收獲頗豐的體驗。書中對於熔體法生長過程中涉及到的物理化學原理，如相平衡、傳熱傳質、流體動力學等，進行瞭非常紮實的論述。作者通過嚴謹的數學模型和實驗數據，揭示瞭這些原理是如何直接影響晶體生長的最終質量和性能的。我尤其贊賞書中對各種生長工藝的深入剖析，比如浮區法在生長高純度單晶方麵的優勢，以及它在剋服坩堝汙染方麵的獨特之處。書中還詳細介紹瞭如何通過控製生長氣氛、晶體與熔體的界麵形狀，以及引入摻雜劑來精確調控晶體的電學、光學和磁學性能。這些內容對於那些希望通過晶體生長來開發新型功能材料的研究者來說，提供瞭寶貴的理論指導和技術參考。雖然其中一些章節涉及到的數學推導比較復雜，需要一定的專業背景纔能完全理解，但總體而言，這本書以其深刻的洞察力和詳實的數據，為理解熔體法晶體生長提供瞭堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書就像一位經驗豐富的導師，用一種近乎手把手的姿態，引導我一步步走進熔體法晶體生長的世界。我特彆喜歡書中對各種設備的介紹，從簡易的電阻爐到復雜的感應加熱裝置，再到各種精密控製係統，都進行瞭詳盡的描述，並且配有精美的插圖。讓我能夠直觀地理解這些設備是如何工作的。更重要的是，作者並沒有僅僅介紹設備本身，而是將設備與具體的生長過程緊密結閤起來，闡述瞭不同設備在生長不同類型晶體時所扮演的角色以及其優劣勢。例如，在討論CZ法時，書中對坩堝轉速、拉速、加熱功率之間的耦閤關係，以及它們如何影響晶體內的雜質分布和位錯形成，進行瞭深入的探討。對於我這種想要嘗試自己進行晶體生長實驗的人來說，這些實際操作層麵的信息價值連城。書中還提到瞭很多關於晶體缺陷的錶徵方法和消除技術，這對我解決實際生産中遇到的晶體質量問題非常有幫助。總而言之，這本書的內容涵蓋瞭從基礎原理到實際應用的全過程，實用性極強。

評分☆☆☆☆☆

這本書著實讓我大開眼界，尤其是關於熔體法晶體生長技術的那些篇章，簡直是細緻入微。書中對不同熔體法，比如Czochralski法（CZ法）、Bridgman法，以及浮區法（FZ法）的原理、設備配置、關鍵工藝參數控製，都進行瞭非常深入的探討。我尤其欣賞的是，作者並沒有停留在理論層麵，而是花瞭大量筆墨去分析實際操作中可能遇到的問題，比如坩堝材料的選擇對晶體質量的影響、溫度梯度控製的精確性如何決定位錯密度、以及如何優化生長速度來獲得特定尺寸和形貌的晶體。書中提供的很多案例研究，都是從實際科研或工業生産中提煉齣來的，這使得理論知識更加生動，也更具指導意義。即使是對熔體法有一定瞭解的研究者，也能從中獲得不少新的啓發和解決實際問題的思路。那些關於晶體缺陷的産生機理以及如何通過工藝優化來抑製缺陷的討論，對於提升晶體質量至關重要。總而言之，這本書為我理解和掌握熔體法晶體生長提供瞭非常係統和全麵的視角，是該領域不可多得的參考資料。

評分☆☆☆☆☆

翻開這本《晶體生長手冊（第2冊）：熔體法晶體生長技術》，我立刻被其嚴謹的學術風格和詳實的資料所吸引。雖然我並非專門從事晶體生長研究，但齣於對材料科學的興趣，我希望瞭解這個領域的前沿進展。本書在介紹熔體法時，其技術細節的闡述堪稱典範。書中對熱場設計、氣氛控製、過冷度管理、以及拉晶/提拉速率對晶體完整性的影響，都有非常深入的分析。我印象深刻的是，作者在討論不同晶體材料（如矽、氧化物、半導體化閤物等）的熔體生長時，會根據材料本身的特性，如熔點、粘度、蒸氣壓等，來調整工藝參數，並詳細解釋瞭這些調整的依據和效果。書中的圖錶和公式運用得恰到好處，既能清晰地展示復雜的物理過程，又不至於讓非專業人士望而卻步。對於需要深入理解材料生長過程的工程師或科研人員來說，這本書無疑是寶貴的財富。它不僅僅是一本技術手冊，更是一份對晶體生長藝術的精妙闡釋，讓我得以窺見科研工作者如何通過對微觀世界的精細操控，創造齣宏觀上的完美晶體。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度都令人印象深刻，尤其是關於熔體法晶體生長技術的那些部分，簡直是一場學術盛宴。我被書中對於各種生長技術細節的細緻描述所震撼，從Czochralski法中如何精確控製籽晶的引入和拔齣，到Bridgman法中如何有效地實現溫度梯度的定嚮控製，再到浮區法中如何利用錶麵張力來支撐熔區，每一個環節都講得繪聲繪色。書中還詳細討論瞭晶體生長過程中可能遇到的各種問題，比如裂紋的産生、多晶的形成、以及雜質的引入等，並給齣瞭相應的解決方案。我特彆喜歡書中對於不同材料（例如，矽、鍺、砷化鎵、氧化物晶體等）的熔體生長特點的比較分析，這讓我能夠更清晰地理解在選擇和優化生長工藝時，需要考慮哪些關鍵因素。對於我這種想要深入理解晶體生長原理，並將其應用於實際研究或生産的人來說，這本書提供瞭一個極其寶貴和全麵的資源庫，是不可多得的參考寶典。

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內容專業，不錯，不錯

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好看

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內容專業，不錯，不錯

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