晶体生长中输运现象及晶体缺陷

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作者: ,
出版社: 科学出版社
2019-06
版次: 1
ISBN: 9787030611628
定价: 168.00
装帧: 精装
开本: 16开
页数: 351页
字数: 443千字
正文语种: 简体中文
分类: 自然科学
  • 《晶体生长中输运现象及晶体缺陷》是作者在十多年来从事晶体生长和工程热物理交叉领域研究的基础上编写的。《晶体生长中输运现象及晶体缺陷》首先阐述晶体生长的基本原理和输运现象,并介绍计算流体力学方法;其次着重讨论薄膜制备中传热和传质现象,包括薄膜制备系统的复杂化学反应机理,并介绍与传热和传质相关的晶体缺陷;然后,以多晶硅、蓝宝石、氮化镓等应用广泛的晶体为例,详细讨论块状晶体、薄膜晶体制备过程的研究方法和优化策略;最后,《晶体生长中输运现象及晶体缺陷》进一步讨论从分子动力学角度理解开裂、位错等晶体缺陷形成的机理,以及采用原理辅助的分子动力学方法预测热物性参数的理论。 目录
    序一
    序二
    序三
    前言
    第1章 引论 1
    1.1 背景介绍 1
    1.1.1 晶体的用途 1
    1.1.2 研究的意义 4
    1.2 典型的晶体生长技术 6
    1.2.1 块状晶体生长技术 6
    1.2.2 薄膜晶体生长技术 12
    1.3 晶体生长数值研究的状况 13
    1.4 本书的内容安排 14
    参考文献 15
    第2章 晶体生长原理 19
    2.1 相变热力学原理 19
    2.1.1 固/液相平衡及相图 19
    2.1.2 相图与晶体生长 22
    2.2 生长界面与晶体缺陷 23
    2.2.1 生长界面的演化 23
    2.2.2 生长界面与晶体缺陷 24
    2.2.3 生长界面临界速度 27
    2.3 晶体成品检测 29
    2.4 晶体制备系统优化的任务 37
    参考文献 38
    第3章 晶体生长中的流动与传热 40
    3.1 流动类型 40
    3.2 传热模式 42
    3.2.1 传热基本模式 42
    3.2.2 热辐射理论 44
    3.2.3 辐射模型的适用性 47
    3.2.4 辐射与生长界面.50
    3.3 常用热物性参数 51
    3.4 湍流流动与传热 59
    参考文献 60
    第4章 计算流体力学基础 62
    4.1 计算流体力学的发展 62
    4.2 控制方程与边界条件 63
    4.2.1 流动与传热方程组 63
    4.2.2 组分输运方程 64
    4.2.3 边界条件 66
    4.3 控制方程的离散与求解 68
    4.4 传统SIMPLE方法 71
    4.5 网格划分和处理方法 73
    4.5.1 正交网格 73
    4.5.2 广义曲线坐标系中的控制方程 78
    4.5.3 曲线有限体积SIMPLER算法 82
    4.6 其他网格技术 84
    4.6.1 结构网格 84
    4.6.2 有限元分析 86
    4.6.3 无网格技术 87
    参考文献 88
    第5章 晶体生长中的传质与化学反应 90
    5.1 溶质输运与分凝 90
    5.2 化学反应 97
    5.2.1 化学反应动力学基础 98
    5.2.2 体积气相反应 100
    5.2.3 表面固相反应 101
    5.3 与组分相关的晶体缺陷 102
    参考文献 103
    第6章 热应力及相关缺陷 105
    6.1 热应力产生机制 105
    6.2 热应力的物理模型 105
    6.2.1 弹性常数矩阵转换 106
    6.2.2 热应变矢量转换 109
    6.2.3 热场与应力场耦合问题 110
    6.3 热应力计算模型及应用 111
    6.4 与应力相关的晶体缺陷 113
    6.4.1 位错 113
    6.4.2 开裂 115
    参考文献 118
    第7章 块状晶体生长研究 119
    7.1 多晶硅铸锭系统的研究和优化 119
    7.1.1 多晶硅研究现状 119
    7.1.2 多晶硅定向凝固系统 122
    7.1.3 数学物理模型 124
    7.1.4 多晶硅制备过程优化 127
    7.2 泡生法制备系统的研究和优化 141
    7.2.1 蓝宝石研究现状 141
    7.2.2 泡生法单晶生长系统 144
    7.2.3 数学物理模型 145
    7.2.4 计算结果分析 149
    7.3 提拉法制备系统的研究和优化 163
    7.3.1 工艺参数的影响 164
    7.3.2 工艺参数综合评估 167
    7.3.3 包裹体杂质研究 169
    7.4 内部热辐射的影响 173
    7.4.1 内部热辐射与凝固界面 173
    7.4.2 内部热辐射与杂质缺陷 175
    7.5 块状晶体研究总结 179
    参考文献 180
    第8章 薄膜晶体生长研究 184
    8.1 氮化镓薄膜晶体介绍 184
    8.2 氮化镓薄膜制备实验 186
    8.2.1 MOCVD的基本原理和系统组成 186
    8.2.2 MOCVD反应器的分类 188
    8.2.3 薄膜缺陷的实验研究 189
    8.2.4 外延片的生长均匀性 197
    8.3 薄膜制备过程数学模型 204
    8.3.1 模型假设与简化 204
    8.3.2 控制方程与边界条件 204
    8.3.3 简化化学反应模型 207
    8.4 薄膜制备过程的研究 208
    8.4.1 国内外研究现状 208
    8.4.2 反应器几何模型与基准条件 211
    8.4.3 几何结构的影响 215
    8.4.4 工艺参数的影响 226
    8.5 薄膜应力分析 234
    8.5.1 国内外研究现状 234
    8.5.2 与应力相关的温度场 234
    8.5.3 薄膜应力分析 248
    8.6 薄膜反应器的优化设计 259
    8.6.1 评价标准与优化方案 259
    8.6.2 气体分隔入口的影响 261
    8.6.3 热部件的研究与优化 263
    8.6.4 三维效应研究 281
    8.7 薄膜晶体研究总结 284
    参考文献 285
    第9章 晶体缺陷和热物性的微观研究 289
    9.1 分子动力学和第一性原理介绍 289
    9.1.1 分子动力学模拟方法 289
    9.1.2 第一性原理简介 295
    9.2 微裂纹的研究 298
    9.2.1 薄膜开裂临界厚度分析 301
    9.2.2 晶面的表面能及断裂韧性 302
    9.2.3 小角度晶界的表面能及断裂韧性 307
    9.2.4 临界生长厚度和开裂演化模式 312
    9.3 位错的形成及演化 315
    9.3.1 位错的演化 316
    9.3.2 位错的活化能 319
    9.3.3 位错形核及运动 328
    9.4 第一性原理及热物性计算 331
    9.4.1 热学性质计算分析 331
    9.4.2 单层薄膜导热系数计算中的势函数 334
    9.4.3 势函数的拟合方法 337
    9.4.4 势函数的评价 339
    9.5 本章小结 345
    参考文献 347
  • 内容简介:
    《晶体生长中输运现象及晶体缺陷》是作者在十多年来从事晶体生长和工程热物理交叉领域研究的基础上编写的。《晶体生长中输运现象及晶体缺陷》首先阐述晶体生长的基本原理和输运现象,并介绍计算流体力学方法;其次着重讨论薄膜制备中传热和传质现象,包括薄膜制备系统的复杂化学反应机理,并介绍与传热和传质相关的晶体缺陷;然后,以多晶硅、蓝宝石、氮化镓等应用广泛的晶体为例,详细讨论块状晶体、薄膜晶体制备过程的研究方法和优化策略;最后,《晶体生长中输运现象及晶体缺陷》进一步讨论从分子动力学角度理解开裂、位错等晶体缺陷形成的机理,以及采用原理辅助的分子动力学方法预测热物性参数的理论。
  • 目录:
    目录
    序一
    序二
    序三
    前言
    第1章 引论 1
    1.1 背景介绍 1
    1.1.1 晶体的用途 1
    1.1.2 研究的意义 4
    1.2 典型的晶体生长技术 6
    1.2.1 块状晶体生长技术 6
    1.2.2 薄膜晶体生长技术 12
    1.3 晶体生长数值研究的状况 13
    1.4 本书的内容安排 14
    参考文献 15
    第2章 晶体生长原理 19
    2.1 相变热力学原理 19
    2.1.1 固/液相平衡及相图 19
    2.1.2 相图与晶体生长 22
    2.2 生长界面与晶体缺陷 23
    2.2.1 生长界面的演化 23
    2.2.2 生长界面与晶体缺陷 24
    2.2.3 生长界面临界速度 27
    2.3 晶体成品检测 29
    2.4 晶体制备系统优化的任务 37
    参考文献 38
    第3章 晶体生长中的流动与传热 40
    3.1 流动类型 40
    3.2 传热模式 42
    3.2.1 传热基本模式 42
    3.2.2 热辐射理论 44
    3.2.3 辐射模型的适用性 47
    3.2.4 辐射与生长界面.50
    3.3 常用热物性参数 51
    3.4 湍流流动与传热 59
    参考文献 60
    第4章 计算流体力学基础 62
    4.1 计算流体力学的发展 62
    4.2 控制方程与边界条件 63
    4.2.1 流动与传热方程组 63
    4.2.2 组分输运方程 64
    4.2.3 边界条件 66
    4.3 控制方程的离散与求解 68
    4.4 传统SIMPLE方法 71
    4.5 网格划分和处理方法 73
    4.5.1 正交网格 73
    4.5.2 广义曲线坐标系中的控制方程 78
    4.5.3 曲线有限体积SIMPLER算法 82
    4.6 其他网格技术 84
    4.6.1 结构网格 84
    4.6.2 有限元分析 86
    4.6.3 无网格技术 87
    参考文献 88
    第5章 晶体生长中的传质与化学反应 90
    5.1 溶质输运与分凝 90
    5.2 化学反应 97
    5.2.1 化学反应动力学基础 98
    5.2.2 体积气相反应 100
    5.2.3 表面固相反应 101
    5.3 与组分相关的晶体缺陷 102
    参考文献 103
    第6章 热应力及相关缺陷 105
    6.1 热应力产生机制 105
    6.2 热应力的物理模型 105
    6.2.1 弹性常数矩阵转换 106
    6.2.2 热应变矢量转换 109
    6.2.3 热场与应力场耦合问题 110
    6.3 热应力计算模型及应用 111
    6.4 与应力相关的晶体缺陷 113
    6.4.1 位错 113
    6.4.2 开裂 115
    参考文献 118
    第7章 块状晶体生长研究 119
    7.1 多晶硅铸锭系统的研究和优化 119
    7.1.1 多晶硅研究现状 119
    7.1.2 多晶硅定向凝固系统 122
    7.1.3 数学物理模型 124
    7.1.4 多晶硅制备过程优化 127
    7.2 泡生法制备系统的研究和优化 141
    7.2.1 蓝宝石研究现状 141
    7.2.2 泡生法单晶生长系统 144
    7.2.3 数学物理模型 145
    7.2.4 计算结果分析 149
    7.3 提拉法制备系统的研究和优化 163
    7.3.1 工艺参数的影响 164
    7.3.2 工艺参数综合评估 167
    7.3.3 包裹体杂质研究 169
    7.4 内部热辐射的影响 173
    7.4.1 内部热辐射与凝固界面 173
    7.4.2 内部热辐射与杂质缺陷 175
    7.5 块状晶体研究总结 179
    参考文献 180
    第8章 薄膜晶体生长研究 184
    8.1 氮化镓薄膜晶体介绍 184
    8.2 氮化镓薄膜制备实验 186
    8.2.1 MOCVD的基本原理和系统组成 186
    8.2.2 MOCVD反应器的分类 188
    8.2.3 薄膜缺陷的实验研究 189
    8.2.4 外延片的生长均匀性 197
    8.3 薄膜制备过程数学模型 204
    8.3.1 模型假设与简化 204
    8.3.2 控制方程与边界条件 204
    8.3.3 简化化学反应模型 207
    8.4 薄膜制备过程的研究 208
    8.4.1 国内外研究现状 208
    8.4.2 反应器几何模型与基准条件 211
    8.4.3 几何结构的影响 215
    8.4.4 工艺参数的影响 226
    8.5 薄膜应力分析 234
    8.5.1 国内外研究现状 234
    8.5.2 与应力相关的温度场 234
    8.5.3 薄膜应力分析 248
    8.6 薄膜反应器的优化设计 259
    8.6.1 评价标准与优化方案 259
    8.6.2 气体分隔入口的影响 261
    8.6.3 热部件的研究与优化 263
    8.6.4 三维效应研究 281
    8.7 薄膜晶体研究总结 284
    参考文献 285
    第9章 晶体缺陷和热物性的微观研究 289
    9.1 分子动力学和第一性原理介绍 289
    9.1.1 分子动力学模拟方法 289
    9.1.2 第一性原理简介 295
    9.2 微裂纹的研究 298
    9.2.1 薄膜开裂临界厚度分析 301
    9.2.2 晶面的表面能及断裂韧性 302
    9.2.3 小角度晶界的表面能及断裂韧性 307
    9.2.4 临界生长厚度和开裂演化模式 312
    9.3 位错的形成及演化 315
    9.3.1 位错的演化 316
    9.3.2 位错的活化能 319
    9.3.3 位错形核及运动 328
    9.4 第一性原理及热物性计算 331
    9.4.1 热学性质计算分析 331
    9.4.2 单层薄膜导热系数计算中的势函数 334
    9.4.3 势函数的拟合方法 337
    9.4.4 势函数的评价 339
    9.5 本章小结 345
    参考文献 347
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