本書主要介紹了晶體生長技術及相關晶體缺陷，結合計算流體力學數(shù)值模擬和實驗研究，系統(tǒng)的從熱流體輸運、化學反應等方面闡明了晶體生長技術的要點和優(yōu)化方法。為了讀者更系統(tǒng)的了解晶體缺陷的理論和研究方法，本書也詳細介紹了分子動力學和第一性原理的研究策略，并應用于晶體缺陷的研究。本書的研究涵蓋了宏觀和微觀的研究方法和理論，把傳統(tǒng)的工程熱物理理論知識應用到國際前沿領域的研究中，促進了傳統(tǒng)學科的發(fā)展。
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目錄
序一
序二
序三
前言
第1章 引論 1
1.1 背景介紹 1
1.1.1 晶體的用途 1
1.1.2 研究的意義 4
1.2 典型的晶體生長技術 6
1.2.1 塊狀晶體生長技術 6
1.2.2 薄膜晶體生長技術 12
1.3 晶體生長數(shù)值研究的狀況 13
1.4 本書的內容安排 14
參考文獻 15
第2章 晶體生長原理 19
2.1 相變熱力學原理 19
2.1.1 固/液相平衡及相圖 19
2.1.2 相圖與晶體生長 22
2.2 生長界面與晶體缺陷 23
2.2.1 生長界面的演化 23
2.2.2 生長界面與晶體缺陷 24
2.2.3 生長界面臨界速度 27
2.3 晶體成品檢測 29
2.4 晶體制備系統(tǒng)優(yōu)化的任務 37
參考文獻 38
第3章 晶體生長中的流動與傳熱 40
3.1 流動類型 40
3.2 傳熱模式 42
3.2.1 傳熱基本模式 42
3.2.2 熱輻射理論 44
3.2.3 輻射模型的適用性 47
3.2.4 輻射與生長界面.50
3.3 常用熱物性參數(shù) 51
3.4 湍流流動與傳熱 59
參考文獻 60
第4章 計算流體力學基礎 62
4.1 計算流體力學的發(fā)展 62
4.2 控制方程與邊界條件 63
4.2.1 流動與傳熱方程組 63
4.2.2 組分輸運方程 64
4.2.3 邊界條件 66
4.3 控制方程的離散與求解 68
4.4 傳統(tǒng)SIMPLE方法 71
4.5 網(wǎng)格劃分和處理方法 73
4.5.1 正交網(wǎng)格 73
4.5.2 廣義曲線坐標系中的控制方程 78
4.5.3 曲線有限體積SIMPLER算法 82
4.6 其他網(wǎng)格技術 84
4.6.1 結構網(wǎng)格 84
4.6.2 有限元分析 86
4.6.3 無網(wǎng)格技術 87
參考文獻 88
第5章 晶體生長中的傳質與化學反應 90
5.1 溶質輸運與分凝 90
5.2 化學反應 97
5.2.1 化學反應動力學基礎 98
5.2.2 體積氣相反應 100
5.2.3 表面固相反應 101
5.3 與組分相關的晶體缺陷 102
參考文獻 103
第6章 熱應力及相關缺陷 105
6.1 熱應力產(chǎn)生機制 105
6.2 熱應力的物理模型 105
6.2.1 彈性常數(shù)矩陣轉換 106
6.2.2 熱應變矢量轉換 109
6.2.3 熱場與應力場耦合問題 110
6.3 熱應力計算模型及應用 111
6.4 與應力相關的晶體缺陷 113
6.4.1 位錯 113
6.4.2 開裂 115
參考文獻 118
第7章 塊狀晶體生長研究 119
7.1 多晶硅鑄錠系統(tǒng)的研究和優(yōu)化 119
7.1.1 多晶硅研究現(xiàn)狀 119
7.1.2 多晶硅定向凝固系統(tǒng) 122
7.1.3 數(shù)學物理模型 124
7.1.4 多晶硅制備過程優(yōu)化 127
7.2 泡生法制備系統(tǒng)的研究和優(yōu)化 141
7.2.1 藍寶石研究現(xiàn)狀 141
7.2.2 泡生法單晶生長系統(tǒng) 144
7.2.3 數(shù)學物理模型 145
7.2.4 計算結果分析 149
7.3 提拉法制備系統(tǒng)的研究和優(yōu)化 163
7.3.1 工藝參數(shù)的影響 164
7.3.2 工藝參數(shù)綜合評估 167
7.3.3 包裹體雜質研究 169
7.4 內部熱輻射的影響 173
7.4.1 內部熱輻射與凝固界面 173
7.4.2 內部熱輻射與雜質缺陷 175
7.5 塊狀晶體研究總結 179
參考文獻 180
第8章 薄膜晶體生長研究 184
8.1 氮化鎵薄膜晶體介紹 184
8.2 氮化鎵薄膜制備實驗 186
8.2.1 MOCVD的基本原理和系統(tǒng)組成 186
8.2.2 MOCVD反應器的分類 188
8.2.3 薄膜缺陷的實驗研究 189
8.2.4 外延片的生長均勻性 197
8.3 薄膜制備過程數(shù)學模型 204
8.3.1 模型假設與簡化 204
8.3.2 控制方程與邊界條件 204
8.3.3 簡化化學反應模型 207
8.4 薄膜制備過程的研究 208
8.4.1 國內外研究現(xiàn)狀 208
8.4.2 反應器幾何模型與基準條件 211
8.4.3 幾何結構的影響 215
8.4.4 工藝參數(shù)的影響 226
8.5 薄膜應力分析 234
8.5.1 國內外研究現(xiàn)狀 234
8.5.2 與應力相關的溫度場 234
8.5.3 薄膜應力分析 248
8.6 薄膜反應器的優(yōu)化設計 259
8.6.1 評價標準與優(yōu)化方案 259
8.6.2 氣體分隔入口的影響 261
8.6.3 熱部件的研究與優(yōu)化 263
8.6.4 三維效應研究 281
8.7 薄膜晶體研究總結 284
參考文獻 285
第9章 晶體缺陷和熱物性的微觀研究 289
9.1 分子動力學和第一性原理介紹 289
9.1.1 分子動力學模擬方法 289
9.1.2 第一性原理簡介 295
9.2 微裂紋的研究 298
9.2.1 薄膜開裂臨界厚度分析 301
9.2.2 晶面的表面能及斷裂韌性 302
9.2.3 小角度晶界的表面能及斷裂韌性 307
9.2.4 臨界生長厚度和開裂演化模式 312
9.3 位錯的形成及演化 315
9.3.1 位錯的演化 316
9.3.2 位錯的活化能 319
9.3.3 位錯形核及運動 328
9.4 第一性原理及熱物性計算 331
9.4.1 熱學性質計算分析 331
9.4.2 單層薄膜導熱系數(shù)計算中的勢函數(shù) 334
9.4.3 勢函數(shù)的擬合方法 337
9.4.4 勢函數(shù)的評價 339
9.5 本章小結 345
參考文獻 347
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