晶体生长原理与技术课程教学大纲

晶体生长原理和技术课程教学大纲一、课程说明(a)课程名称、所属专业、课程特点、学分；课程名称：晶体生长原理和电化学基础专业：金属材料物理课程的性质：专业方向选修课、学位课、必修课学分：4小时：72(b)课程介绍、目标和任务；课程介绍：本课程在介绍中简要介绍了人工晶状体生长的基本概念、研究类别、研究历史及晶体生长方法分类等基本概念。然后分为4篇进行论述。第一部分分为晶体生长的基本原理、晶体生长过程的热力学和动力学原理、晶体界面形态和结构、成核和生长的力学过程五章。第二部分分为晶体生长的技术基础、晶体生长过程相关的传热、传质和流体流动原理、晶体生长过程的化学原理以及与晶体生长过程控制相关的物理原理三章。第三是晶体生长技术，对熔融生长、溶液生长、气相生长的主要方法和控制原理，分为四章进行讨论。第四，晶体的特性及缺陷分为两章，分别讨论晶体的结构、特性的主要表征方法、晶体结构缺陷的形成和控制原理。目标和挑战：了解晶体生长的基本物理原理，使用基本物理知识，分析和讨论晶体生长过程。(c)先修课程要求，将前期课程和后续相关课程之间的逻辑关系和内容联系起来。完成一般物理学和四大力学课程、固体物理课程后，才能学习该课程。这个过程应用基础物理知识，逆向衔接研究生科学研究中遇到的实际决定学问题。(d)教材和主要参考书。两本教材：晶体生长原理与技术，jiewanqi，北京：科学出版社，2010参考书：晶体生长科学与技术 上卷，下卷，张凯，冷凝状态物理学丛书，北京：科学出版社，1997人工晶体：生长技术、性能与应用，张玉龙，唐磊，化学工业报道，2005晶体生长基础，姚连生，中国科技大学出版社，1995晶体生长的物理基础，敏奈本，上海科学技术出版社，1982主讲人教师。主讲人：王军教师阶梯：燕、耿百松、卓仁福、吴志国二、课程内容和准备引言(1小时)说明本课程的主要内容，如何教学，学生需要熟悉和理解的内容，与已经学过的科目的相关性，在后续学习中担当状态和作用。第一个晶体生长的基本原理第一章决定1.1决定的基本概念1.1.1晶体的结构特征1.1.2晶体结构和晶格1.1.3晶体方向和晶面1.1.4晶体结构缺陷概述1.2晶体材料1.2.1共同晶体材料的晶体结构1.2.2按功能分类的晶体材料1.3晶体生长技术的发展1.4晶体生长技术的基础及其与其他领域的关系(a)教学方法和时间分布课堂讨论，3小时(b)内容和基本要求主要内容：决定的基本结构和表达，决定的一般缺陷和生成，一般决定结构和材料。核心主:决定的缺陷和决定结构。主要:一般的晶体结构是材料。【困难】:决策缺陷。第二章晶体生长的热力学原理2.1晶体生长过程的相和热力学描述2.1.1气体的结构和热力学说明2.1.2液体的结构和热力学说明2.1.3固体的结构和热力学参数2.1.4相界面和热力学分析2.1.5晶体生长的热力学条件2.2元素晶体生长热力学原理2.2.1元素晶体生长过程中的热力学平衡2.2.2液相和气相增长的热力学条件和推动力2.2.3固体再结晶的热力学条件2.3二元体系的晶体生长热力学原理2.3.1二元合金的化学位置2.3.2液固界面平衡和溶质分离凝固2.3.3气液和气固平衡2.4多组分晶体生长的热力学分析2.4.1多元系统的自由能2.4.2多元结晶过程的热力学平衡条件2.4.3相图计算技术的应用2.5化合物晶体生长热力学原理2.5.1化合物分解合成过程的热力学分析2.5.2复杂二元和多元复合系统的简化处理2.5.3化合物晶体非化学测量比的成分偏差和晶体结构缺陷2.5.4熔体的短流程和结合(a)教学方法和时间分布课堂讨论和讲座，8小时(b)内容和基本要求主要内容：介绍了不同结构的热力学变量、晶体生长的热力学条件、元素、合金、多元晶体生长的热力学原理。核心大师:元素和二元合金生长的热力学条件。主:多元合金生长热力学条件分析过程。困难:晶体生长的热力学原理。第三章晶体生长的动力学原理3.1结晶界面的微观结构3.1.1结晶界面结构的经典模型3.2结晶界面的原子迁移过程和生长速度3.3晶体生长的固有形式3.3.1晶体生长形态的热力学分析3.3.2晶体生长形态的动力学解释(a)教学方法和时间分布(a)教学方法和时间分布课堂讨论，4小时(b)内容和基本要求主要内容：晶体界面的结构和模型、晶体生长过程中界面原子的移动过程和晶体生长速度、晶体生长的形式和界面微结构及生长热力学分析和动力学说明。核心掌握:晶体生长过程中原子的迁移过程、生长热力学和动力学。主:结晶界面的微观结构和生长形态。【困难】:晶体生长的动力学过程。第四章实际晶体生长形态的形成原理4.1晶体生长驱动力和平面结晶界面不稳定性4.2枝晶的形成条件和生长形态4.3枝晶阵列增长4.3.1 Hunt模型4 . 3 . 2 Kurz-fisher模型4.3.3 Lu-Hunt数值模型4.4强各向异性晶体强迫生长形态4.5多相共同增长4.5.1共晶生长4.5.2共晶生长4.5.3元晶体生长4 . 5 . 4 po晶体生长(a)教学方法和时间分布课堂讨论和讲座，8小时(b)内容和基本要求主要内容：晶体生长形态和模型原理，晶体生长形态和相图。核心掌握:晶体生长形态的模型与生长形态和相图的关系。主要:二元合金相图。【难点】:晶体生长形态的形成原理。第五章晶体生长过程的成核原理5.1均质核理论5.1.1熔体的均质核理论5.1.2气体相和固体相均质核5.1.3均质核理论的进展5.2异种核5.2.1异种核的基本原理5.2.2异质外延生长中的核形成5.3多元多相合金结晶过程中的成核5.3.1多组分介质的成核5.3.2多重比较核过程分析5.4特殊条件下的成核问题5.4.1溶液的成核5.4.2电化学成核5.4.3超临界液体结晶过程中的成核(a)教学方法和时间分布课堂讨论和讲座，8小时(b)内容和基本要求主要内容：均匀核、非均匀核、多组分合金的成核和特殊条件下的成核。核心主:晶体核的热力学原理。主:特殊条件下的核形成。【难点】:晶体生长形态的形成原理。第二次晶体生长的技术基础第六章晶体生长过程转移问题6.1晶体生长过程的传质原理6.1.1溶质扩散的基本方程6.1.2扩散过程的解法和分析方法6.1.3扩散系数的性质及其处理方法6.1.4晶体生长过程的扩散特性6.1.5多组元素的联合扩散6.1.6现场下的扩散6.2晶体生长过程的传热原理6.2.1晶体生长过程的热导率6.2.2晶体生长过程的辐射传热6.2.3晶体生长过程中的对流传热和界面传热6.2.4晶体生长过程温度场的测量控制方法和技术6.3晶体生长过程的液相流动6.3.1流动的原因和分类6.3.2流体的粘度6.3.3流体流动的控制方程6.3.4流体流动过程的求解和分析方法6.3.5层流和湍流概念及典型层流过程分析6.3.6双扩散对流6.3.7马兰戈尼对流(a)教学方法和时间分布课堂讨论，8小时(b)内容和基本要求主要内容：晶体生长过程中的扩散问题、热传导问题、流动问题。关键掌握:晶体生长过程的扩散和生长热力学。主:导热系数和液体流动对晶体生长的影响。困难:晶体生长的扩散和热力学第七章晶体生长的化学问题7.1与晶体生长过程相关的化学原理7.1.1晶体生长过程的化学反应7.1.2物质的主要化学性质和化学定律7.1.3化学反应动力学原理7.1.4化学反应过程的热效应7.1.5化学反应的大小效应7.1.6晶体生长过程中的其他化学问题7.2原料净化7.2.1气化-冷凝方法7.2.2提取方法7.2.3电解精炼7.2.4区域熔化方法7.3晶体生长原料的合成原理7.3.1熔融直接反应合成7.3.2溶液的反应合成7.3.3气相反应合成7.3.4固相反应合成7.3.5自蔓延合成(a)教学方法和时间分布课堂讨论，8小时(b)内容和基本要求主要内容：晶体生长过程中与化学相关的反应、规律和原理，原料的提纯和合成原理。核心主:晶体生长过程中的化学问题。主:原料的纯化和合成原理。困难:晶体生长的化学问题。第八章晶体生长过程物理场的作用8.1晶体生长过程的压力原理8.1.1重力场中的压力8.1.2微重力场的特征及其影响8.1.3重力场的特征及其影响8.1.4晶体生长过程的高压技术8.2晶体生长过程中的应力分析8.2.1应力场计算的基本方程8.2.2应力场分析方法应力下8.2.3的塑性变形8.2.4薄膜材料的应力晶体生长过程中8.3电场的原理8.3.1材料的电导特性8.3.2材料的介电性能8.3.3与晶体生长相关的电学原理电场在晶体生长过程中的应用实例晶体生长过程中8.4电磁场的基本原理8.4.1电磁效应和磁介质的特性8.4.2电磁场的工作原理8.4.3磁悬浮技术8.4.4电磁场对对流的影响(a)教学方法和时间分布课堂讨论，6小时(b)内容和基本要求主要内容：晶体生长中的压力作用原理、应力分析及重力场、电场、电磁场对晶体生长的影响及工作原理。核心主要:晶体生长过程中应力的影响。掌握:重力场、电场和电磁场对晶体生长的影响。【困难】:应力分析。第三种晶体生长技术第九章熔融晶体生长(1)Bridgman方法及其相似方法第十章熔融晶体生长(2)CZ法和其他熔融生长方法第11章溶液晶体生长第十二章气象晶体生长方法(a)教学方法和时间分布课堂讨论，10小时(b)内容和基本要求主要内容：熔融、液体和气相晶体生长方法。核心大师:熔化方法和气象增长过程。主:溶液结晶生长过程。困难:决策增长过程中的物理问题。第四个决策缺陷分析及性能特征第十三章晶体缺陷的形成和控制第十四章晶体的结构和表征(a)教学方法和时间分布课堂教学，6小时(b)内容和基本要求主要内容：点缺陷、线缺陷和表面缺陷对晶体性能的形成和控制方法；晶体结构和表征方法。核心大师