界面结构与运动学理论

1、界面结构与运动学理论第1页，共15页，2022年，5月20日，8点23分，星期五人工晶体基础研究的重要内容:晶体生长机制的研究界面的微观结构决定了晶体的生长机制晶体的生长机制决定了它所遵循的动力学规律界面的热力学性质及其结构第2页，共15页，2022年，5月20日，8点23分，星期五界面: 是指在热力学系统中共存各相的分界面;它应包括:固-液界面、固-气界面、固-固界面、液-气界面和液-液界面等;与晶体生长有关的界面:晶体-流体(蒸气、溶液、熔体)界面;向流体中不断推移的过程;产生：在流体的亚稳相中一旦有新相出现，必然同时伴有界面产生；而晶体的生长过程是和界面的性质紧密相关的；晶体的生长过程实

2、质上就是生长基元从流体相中，不断通过界面而进入晶格座位的过程；第3页，共15页，2022年，5月20日，8点23分，星期五问题：生长基元以何种方式以及如何通过界面而进入晶格座位的；在进入晶格座位的过程中又如何受界面结构的制约。界面的微观理论研究:提出了各种各样的理论和模型;很难找到一种对各种晶体、各种生长环境相均适用的统一的理论模型;划分界面类型的标准有许多种:界面是突变的，还是渐变的；是光滑的，还是粗糙的；是完整的，还是非完整的；是存在有吸附层，还是不存在有吸附层等等。第4页，共15页，2022年，5月20日，8点23分，星期五7.1 界面的平衡形态第5页，共15页，2022年，5月20日，

3、8点23分，星期五1 微观粗糙界面7.1.1 固一液界面的微观结构微观原子尺度；粗糙厚度为几个原子间距的过渡层的固液界面；排列过渡层中固相液相原子交错排列；连续长大处处等效，液相原子容易落座，晶体长大容易，晶体连续生长，称之为“连续长大”；不显示特定晶面界面形貌随温度与溶质浓度分布而定；宏观光滑微观粗糙，非小平面生长。第6页，共15页，2022年，5月20日，8点23分，星期五2 微观光滑界面微观原子尺度；光滑界面两侧的固液两相是截然分开；排列界面基本上为完整原子密排晶面；侧面长大靠原子沉积在台阶边缘侧面扩展长大；台阶二维晶核，螺型位错，孪晶面；特定晶面小平面都是密排晶面；宏观粗糙微观光滑，小

4、平面生长，呈曲折的台阶状。第7页，共15页，2022年，5月20日，8点23分，星期五第8页，共15页，2022年，5月20日，8点23分，星期五第9页，共15页，2022年，5月20日，8点23分，星期五7.1.2晶体表面的结构1 界面反应:晶体生长，不论是单组分体系还是多组分体系，生长过程中一个重要的阶段是界面反应;这一反应可以作为若干亚反应发生。面心立方结构的晶体的表面构造:2 晶体表面:第10页，共15页，2022年，5月20日，8点23分，星期五晶面上原子密度的差别，导致不同结晶面吸附性、生长、溶解度及反应活性不同。第11页，共15页，2022年，5月20日，8点23分，星期五(1)

5、 每一立方块代表一个原子；原子是相同的并且紧密排列；(2) 晶体内部的每个原子有： 6个第一近邻，面接触； 12个第二近邻，棱边接触； 8个第三近邻，顶角相接触。(3) 成键时释放能量： 位置(1)：3个最近邻键6个第二近邻键 位置(2)：2个最近邻键6个第二近邻键 位置(3)：1个最近邻键4个第二近邻键 位置(4)：1个最近邻键3个第二近邻键 位置(5)：1个最近邻键2个第二近邻键原于添加的容易程度3原子级光滑理想表面模型:第12页，共15页，2022年，5月20日，8点23分，星期五(4) 键合力（键合力反比于立方体中心距离的平方） 第一近邻 1/b 第二近邻 1/(2b) 第三近邻 1/

6、(3b)其中，b为立方体的边长。(5) A+B表面上的添加A+ A+将与第一近邻B能量按1b比例增加； 与第二近邻A原子将按()n2b比例排斥，n是第二近邻的数目； 与第三近邻B原子，按m3b成比例吸引，m为第三近邻的数目。 如果不考虑远于第三近邻原子的作用，它所释放出的能量为：式中为比例常数。第13页，共15页，2022年，5月20日，8点23分，星期五原子(3)、(4)和(5):原子(3)或(5)上添加原子要比在原于(4)上添加有利。第14页，共15页，2022年，5月20日，8点23分，星期五(6) 考塞尔假设假设原子间力比原子间距离的平方减小得快：因此：对于极性晶体，原子在开始进入新的原子层时，原子(5)是最有利的位置。问题：对于极性晶体，原子在