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第三章1.相变驱动力：亚稳相和稳定相间存在自由能的差值，△g为驱动力器意义是单个原子由流体相转变为晶体相时引起的系统吉布斯自由能的降低量，或者说使单个原子从流体相变为晶体相的力。由ƒ=(-ρ/M)*N*△g△g0,ƒ为正，表示ƒ指向流体，此时晶体生长；△g0，ƒ为负，表示ƒ指向晶体，此时晶体溶解或熔化，升华；△g=0，ƒ=0，界面不动，晶体和溶液处于平衡，晶体不生长也不溶（熔）。气相生长系统中的相变驱动力：△g=△μ/N=－kTln(p1/p0)=－kTlnα=－kTσ，溶液生长系统中的相变驱动力：△g=△μ/N=－kTln(C1/C0)=－kTlnα=－kTσ，熔体生长系统中的相变驱动力：△g=△G(T)/N=－(LSL△T)/(NTm)=－LSL×△T/Tm2均匀成核：在驱动力作用下，亚稳相终究要转变为稳定相。在亚稳相系统中空间各点出现稳定相的几率都是相同的。临界半径公式，形成能公式，非均匀成核：非均匀成核：若稳定相优先地出现在系统中的某些局部区域。临界半径公式，形成能公式，均匀成核：在亚稳相系统中空间各点出现稳定相的几率都是相同的，称为均匀成核，其成核几率受晶核形成能与临界尺寸的控制。A.形成能：ΔG(r*)=4/3*πγSFr*2=(16πΩs2γSF2)/3ΔgΩs胚团原子或分子的体积，γSF胚团或流体相界面的单位面积的表面能B.临界半径：r*=（-2ΩsγSF)/ΔgC.成核率：Ｉ＝Ｂｎ(r*)课后作业！第四章3.奇异面：表面能级图中能量曲面上出现极小值的点所对应的晶面。在极小值点出能量曲线是不连续的，数学上该店称为奇异点，相应于奇异点的晶面称为奇异面。显然，奇异面是表面能较低的晶面，一般来说，奇异面是低指数面，也是密面积。邻位面：取向在奇异面邻近的晶面。由于界面能效应，邻位面往往有一定组态的台阶构成。非奇异面：除奇异面与邻位面的其他取向的晶面。4.从微观结构（原子级）考虑，晶体生长界面结构的基本类型有哪几种并简述其特点：A.完整光滑突变界面：界面上无缺陷，微观上是光滑的，对应于奇异面在固液体系中从固体到流体的相变仅发生在一个或两个原子面B.非完整光滑突变界面：界面上有缺陷，微观上是光滑的，对应于奇异面在固液体系中从固体到流体的相变仅发生在一个或两个原子面C.粗糙突变界面:微观上看界面是凹凸不平的，对应于非奇异面，在固液体系中从固体到流体的相变仅发生在一个或两个原子面D.扩散界面：5.邻位面偏离奇异面的角度愈大，台阶化后邻位面上的台阶密度k愈大。邻位面台阶化公式：tanθ=－hk,邻位面斜率tanθ,h表示台阶高度，λ表示台阶间距，k=1/λ为台阶密度。(k=0,奇异面是光滑面，θ增加，k也增加)当邻位面与奇异面的夹角θ增加时，台阶密度k也随着增加，台阶密度很大，台阶间距只有几个原子间距时，台阶的意义也就模糊了，这样的表面称为粗糙面，即前面所说的非奇异面。所以通常所说的台阶化只能是指邻位面的台阶化。6.柯塞尔模型：台阶的平衡结构模型--完整光滑界突变面杰克逊模型：(已解决：扭折源；还需解决：平衡态下，界面上会不会借助热涨落产生台阶的问题--台阶源)--粗糙界面特姆金模型：扩散界面模型--扩散界面界面相变熵a=L0η1/kTeZa是两个因子的乘积，①Lo/kTe,其中Lo是单个原子相变时内能的改变，也可近似看做单个原子的相变潜热。Te是两相的平衡温度，k是波尔兹曼常数。Lo/Te是单个原子相变时熵的改变，称为物质相变熵。②η1/Z，其中Z是晶体内一个原子的近邻数，亦即配位数。相变熵a：反应界面的光滑与粗糙的程度，a越大，界面越光滑。A.α2，环境相的界面是光滑的，限制因素：台阶源B.α2，环境相的界面是粗糙的，限制因素：热量和质量的传输过程。课后作业！第五章第五章晶体生长动力学1.光滑界面的生长：①.二维成核生长机制（完整光滑突变界面的生长）A.临界半径：rc=re*ƒo/|Δg︳;形成能：ΔG(rc)=π*ƒo*γe2/|Δg|=(2πrcγe)/2单位长度棱边能re，单个原子或分子所占的面积ƒoB.二维晶核形成能为二维晶核形成能的一半。C.临界尺寸：lc=2ƒo*γe/|Δg|形成能：ΔG(lc）=2lcγe=2ƒo*γe2/|Δg|D.tnts,单二维核生长;tnts,多二维生长②.位错生长机制（非完整光滑突变界面的生长）a.位错对生长的贡献b.位错机制的生长速率2.粗糙界面的生长：粗糙界面上到处都是台阶、扭折，吸附原子或分子位于粗糙界面上任何位置所具有的位能是完全相等的。粗糙面上的所有位置都是“生长位置”，因而粗糙面生长过程中不存在为了生产台阶而需要克服的热力学位垒，也不需要晶体缺陷在生长中起催化作用。（大多数熔体生长都是粗糙界面生长）3.晶体生长力学：界面结构决定了生长机制，而不同的生长机制表现出不同的动力学规律，因而界面结构对生长动力学的影响比生长系统对生长动力学的影响起着更加本质的作用。（光滑界面α2不能连续生长，故光滑界面的生长称为侧向生长或沿面生长或层状生长；粗糙界面α2能连续生长，故粗糙面的生长称为连续生长或法向生长）.4.P122习题第3,5,8重点：课后习题中计算题。第七章9.单晶材料的制备方法：①.气相生长法：这种方法包含有大量变量使生长过程难以控制，所以用气相生长法来生长大块单晶仅设用于那些难以从也相或熔体生长的材料（分为a升华法，b蒸汽输运法，c气相反应法）②.水溶液生长法：这种方法的基本原理是将原料溶解在溶剂中，采取适当措施造成溶液的过饱和状态，使晶体在其中生长（分为a降温法，b流动法【又称温差法】,c蒸发法，d凝胶法）③.水热生长法：是一种在高温下的饱和水溶液中进行结晶的方法，嘴常用的是温差谁热结晶法，装置：高压釜④.熔盐生长法：所谓熔盐生长法又称助溶剂法或高温溶液法，是在高温下从熔盐溶剂中生长晶体的方法。⑤.熔体生长法：是制备大单晶体和特定形状晶体的最常用和最重要的一种方法（分为a正常凝固法【1.晶体提拉法2.干过下降法3.晶体泡生法4.弧熔法】b逐区熔化法【1.水平区熔法2.浮区法3.基座法4.焰熔法】）10.熔盐生长法助溶剂的选择依据：（1）对晶体材料必须具有足够大的溶解度；（2）在尽可能大的温度压力等条件范围内与溶质的相互作用应是可逆的，不会形成稳定的其他化合物，而所要的晶体是唯一稳定的物相，这就要求助溶剂与参与结晶的成分最好不要形成多种稳定化合物；（3）助溶剂在晶体中的固溶度要尽可能小；（4）具有尽可能低的熔点，尽可能高的沸点；(5)具有尽具有尽可能低可能小的粘滞性，以利于溶质和能量的运输；（6）具有很小的挥发性和毒性；（7）对铂或其他坩埚材料的腐蚀性要小；（8）易溶于对晶体无腐蚀作用的某种溶体溶剂中，以便于生长结束时晶体与母液的分离；（9）在熔融态时，助溶剂的比重应与结晶材料相近，否则上下浓度不易均一。第八章(重点)1.薄膜生长类型：1】核生长型，特点：到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核，后续飞来的沉积原子不断聚集在核附近，使核在三维方向上不断长大而最终形成薄膜。2】层生长型，特点：沉积原子在衬底表面以单原子层得形式均匀地覆盖一层，然后在三维方向上生长第二层，第三层…3】层核生长型，特点：生长机制的中间状态，当衬底原子与沉积原子之间的键能大与沉积原子相互之间键能的情况下多发生这种生长方式的生长。11.薄膜生长可分为哪几个阶段？他们各有何特点？1成核，特点:在此期间形成许多小的晶核，按统计规律分布在几基片面上。2晶核长大并形成较大的岛，特点：这些岛常具有小晶体的形状。3岛与岛之间聚接形成含有空沟道的网络。4沟道被填充：晶核一旦形成并达到一定尺寸之后另外在撞击的粒子不会形成新的晶核，而是依附在已有的晶核上或已经形成的岛上。分离的晶核或岛逐渐长大彼此结合便形成薄膜。12.试推导薄膜成核的经典理论，即毛细血管作用理论。a.凝聚核形成能量得变化:ΔG(r)=4/3*πΔgvγ3+4πγcvγ2b.凝聚核的临界半径:r*=2γcv/Δgvc.凝聚核的形成临界能:ΔG(r*)=ΔG１+ΔG2+ΔG3d.成核速率:J=2Zπr*n﹡Γsinθ每一个的公试写上和字母的含义13.影响成核过程的因素：(1)过饱和度和温度：成核速率与凝聚核的形成能呈指数关系，所以成核率和过饱和度有关。过饱和度与温度有关，临界过饱和度对应着一定的临界温度，因而成核过程与温度有关。（2）凝聚系数：对存在基片表面的吸附层（凝聚核）有影响，凝聚系数随基片温度的升高和吸附物与基片结合能的减小而减小，蒸发过程中凝聚系数多半会增大。（3）基片表面存在的成核位垒：影响凝聚核的成核速率；在恒温下对N的导数为负，凝聚核形成的速率随蒸发速率的增大而增大。（4）表面扩散系数：临界核的形成速率随着扩散激活能的增大按指数减小。（5）解吸激活能：解吸激活能越高，成核速率越高，临界核尺寸越小。14.气相沉积法分为物理气相沉积法（PVD）化学气相沉积法（VCD）物理气相沉积法的过程：气相物质的产生、气相物质的输送、气相物质的沉积。三种分类是：真空蒸发镀膜，溅射镀膜，离子镀。CVD的化学反应类型：（1）热分解反应(2)氢还原反应(3)金属还原反应(4)氧化反应(5)水解反应(6)碳化和氮化化学反应沉积镀膜法：（1）化学镀（2）置换沉积镀（3）溶液水解镀膜法15.溶胶-凝胶法：是指从金属的有机化合物和无机化合物溶液出发在低温下通过水解，聚合等化学反应首先形成溶胶进而形成具有一定空间结构的凝胶然后经过适当热处理和减压干燥制备出相应的粉末，薄膜和本体材料的方法。应用，粉体制备，陶瓷基复合材料制备，薄膜，纳米微粒，晶须的制备。16.液相外延：指含溶质的溶液（或熔体）借助过冷而使溶质在衬底上以薄膜形式进行外延生长的方法。原理：液相外延法是把衬底加热到与溶液几乎相等的温度，然后让衬底与处在饱和状态下的溶液接触，一般再把溶液温度升高几度，将衬底表面腐蚀掉的一部分，以便除去机械损伤，提供良好的润湿条件，使其产生平结，然后控制温度降低，便在衬底上发生外延生长。到预定的周期后，将衬底和溶液分开，使外延膜的生长停止。液相外延生长系统：1）卧式液相外延系统（a.水平倾斜管法b.静止的溶液下面滑动衬底，静止的衬底上滑动溶液）2）立式液相外延系统17.薄膜的测量与监控：①称重法（1）石英晶体法（2）微量天平法②电学方法(1)电阻测量法(2)电容测量法(3)品质因素（Q值）变化测量法(4)电离法③光学方法(1)测量光吸收系数的方法(2)光干涉法(3)椭圆偏振法④专用厚度监控方法(1)光电法(2)触针法第九章18.陶瓷的组成及其对性能的影响：1.晶相：陶瓷中最重要的组成相，而且主晶相的性能常常就决定陶瓷的物化性能。其晶体相中也存在同素异构转变。当陶瓷是有两种或两种以上的不同组元形成时，也和金属材料一样形成固溶体，化合物或混合物。晶粒山谷陶瓷的晶体相的组成单元，他是材料最基本的显微组成。2.玻璃相：陶瓷中非晶态结构的低熔点固体组织。填充晶粒间隙，粘结晶粒，提高致密程度，适当降低烧结温度，改善工艺，抑制晶粒生长过大。3.气孔：其对控制陶瓷材料性能，质量有重要作用。气孔包括开孔和逼空两种。陶瓷的许多电气性能与热性能随气孔率，气孔尺寸及分布不同可在较大范围内变化。存在高的应力梯度时，气孔能起到容纳变形，阻止裂纹扩展的作用。19.压电陶瓷：具有压电效应的陶瓷材料，即能形成机械能与电能的相互转换的陶瓷。压电效应是指有应力诱导出电极化(或电场)或者由电场诱导出应力（或应变）的现象，前者称为正压电效应，后者称为逆压电效应。通常只有在晶体结构上不存在对称中心的极性晶体才具有压电效应。陶瓷材料由于其晶粒取向的随机性，即使单个晶粒具有压电效应。就其整个来看宏观上也不会出现压电效应。但是经过直流高电场极化处理过的铁电陶瓷，由于晶粒中的所有电畴都尽可能的转向了电场方向，铁电晶体铁电晶体所具有的压电效应便在陶瓷材料上呈现出来。因此压电陶瓷实际上也就是经过直流高电场处理过的铁电陶瓷。最具有代表性的压电陶瓷材料：钛锆酸铅。压电陶瓷大致可以分为压电振子和重电换能器两类