晶体结构及生长原理

1第二章 晶体结构及生长原理 本章首先介绍了晶体结构中晶向、晶面等一般性概念及常见晶胞结构，并着重讨论了硅的晶体结构，然后用热力学和结晶学原理讨论了晶体生长中涉及到的相平衡、相变、相变驱动力以及晶核的形成、晶体生长形态等诸多问题。 2 .1 晶体结构 固体可以分为晶体和非晶体两大类。有确定熔点的固体称为晶体，如硅、砷化钾及一般金属；没有固定熔点，加热时在某一温度范围内逐渐软化的固体称为非晶体，如玻璃、松香等。 2.1.1 单晶、多晶和无定形 所有晶体都是由原子、分子、离子或这些粒子集团在三维空间按一定规则排列而成。这种对称的、有规则的排列叫晶体的点阵或晶体格子，简称晶格。由于晶体结构的周期性，可选取某种单元结构，通过平移得到整个晶格。在固体物理中，通常选取最小的重复单元来反映晶格的周期性，称为原胞。原胞中格点仅位于各个顶角。结晶学中常选取原胞的几倍，称为晶胞。晶胞不仅反映晶格的周期性，也反映晶格的对称性，表征晶格的类型。此时格点不仅在顶角，在晶胞内部也有格点。晶胞的各向长度，称为晶格常数。晶体可分为单晶体和多晶体。一块晶体如果从头到尾都按同一规则作周期性排列称为单晶。由许多微小单晶颗粒杂乱地排列在一起的固体称为多晶。非晶体没有上述特征，组成它们的质点的排列是无规则的，至多只观察到一些“短程有序”的排列。这种“短程有序，长程无序”的非晶体称为无定形。一般的硅棒是单晶硅，粗制硅（冶金硅）和利用蒸发和气相沉积制成的硅薄膜可为多晶硅，也可为无定形硅。 2.1.2 晶体的特征 如前所述将晶格周期性地重复排列就可以得到整个晶体。因而晶体最基本的特征是周期性。另外晶体的外观和内部的微观结构都具有特定的对称性，用晶胞来表征。在晶体内部，至少微米量级的范围是有序排列的，称为长程有序。晶体的长程序解体时对应着一定的熔点，非晶体因为没有长程序，故也没有固定的熔点。 晶体常具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质，这种性质称为晶体的解理性，劈裂的晶面称为解理面。单晶体晶面的交线（称为晶棱）互相平行，这些晶面的组合称为晶带（如图2-1 中的 a-1-c-2 面形成一个带）。这些互相平行的晶棱的共同方向称为该晶带的带轴（如图2-1 中OOˊ表示带轴）。在不同的带轴方向上晶体的物理性质不同，这是晶体的各向异性。 由于生长条件不同，同一品种的晶体，其外形是不一样的，例如，氯化钠晶体的外形可以是立方体或八面体，也可能是立方和八面的...