固态材料形成过程中的晶体生长机理探讨

同样由熔体凝固、溶液沉淀或者气相沉积出来,为什么有的材料呈晶相,有的呈非晶相? 晶体生长是由自组装形成的还是由外界条件决定的?是哪项因素决定了晶体生长时原子的有序排列?本文根据实际现象,用晶体生长的热力学理论分析了逆向离子解离对晶体成核及生长的作用机理,并对固态材料的形成与晶体成核生长之间的关系也作了进一步的阐述和分析,由此得出结论认为,由化学键结合的材料在晶体生长时必须伴随着逆向离子解离平衡,正是固态材料形成过程中的逆向离子解离过程,如同时伴随着电离的溶解、熔化及升华过程,决定了晶体生长时原子的有序排列.     

晶体表面结构和负离子配位多面体生长基元

本文讨论了晶体表面结构和负离子配位多面体结晶方位的关系.指出了晶体表面结构,显示了负离子配位多面体在晶体生长过程中的结晶轨迹.因此,运用负离子配位多面体生长基元理论模型,晶体的生长机制可以通过对晶体表面结构的分析得以解释.     

晶体生长过程的分子动力学模拟研究

本文采用晶液两层构型方法,分子动力学模拟研究了ＲｂＣｌ和β－ＢａＢ２Ｏｒ（ＢＢＯ）两种晶体的生长过程,模拟ＲｂＣｌ的晶体生长,可以清晰地观察到结晶时固液界面的运动过程,表明对于简单离子晶体、Ｆｕｍｉ－Ｔｏｓｉ势和由宏观压缩模量得到的势参数很好的反映了离子间相互作用。ＢＢＯ的晶体生长模拟使用与ＲｂＣｌ环束缚约束时,实现了ＢＢＯ晶体模拟生长。模拟结果表明,ＢＢＯ结晶可能仅在熔体中存在一定量（Ｂ３Ｏ６）     

大尺寸晶体快速生长理论与技术的研究进展

“如何突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术”是中国科协发布的2021年度的十大前沿科学问题之一,揭示晶体生长机制和突破生长关键技术是大尺寸功能晶体发展的两个趋势。在原子分子尺度上,晶体生长可以是有势垒的热激活过程,也可以是无势垒的超快结晶过程,这与具体的体系以及晶面有关。从界面属性角度来看,光滑界面是以台阶拓展的方式生长;粗糙界面没有明显的固-液分层,通过局部原子固化进行生长。本文从晶体生长理论模型、生长技术及其应用实例,以及分子动力学方法在晶体生长中的应用等方面探讨了近些年大尺寸晶体快速生长理论和技术的研究进展。目前有多种方法制备大尺寸晶体,但普遍存在制备的晶体质量差和性能不稳定等问题。需要突破对晶体生长微观机制上的认识,建立机制与温度、流速等外界因素的内在联系。而利用机器学习力场以及分子动力学模拟方法,建立固-液界面,模拟晶体生长,将是探究晶体生长微观机制的一种有效方式。     

光学材料结晶化研究

本文通过分析光学材料中光谱与温度之间的关系证实了晶体生长过程中的相变团簇模型,认为晶体内部热辐射流是引起固-液界边界层温度场发生传导的可能原因.引入了前结晶的概念,并结合实际中的不同晶体生长方法讨论了包裹体及气泡的抑止机理,通过计算得到了生长理想晶体的最大生长速率并且解释了由于界面层的摆动使得晶体生长过程中产生的微气泡没有被移动的界面层所捕获.     

液面位置对Ф300mm硅单晶固液界面形状影响的数值计算

数值模拟技术已经成为分析和优化工业化晶体生长工艺必不可少的工具。本文利用有限元分析软件计算了Ф300mm直拉硅单晶生长过程中,不同液面位置时的晶体固液界面形状,模拟计算考虑了热传导、辐射、气流等物理现象,分析了晶体长度和液面位置对晶体生长界面形状的影响,得出了随着晶体长度的增加固液界面的凸度会增大的规律。     

液面位置对φ300mm硅单晶固液界面形状影响的数值计算

数值模拟技术已经成为分析和优化工业化晶体生长工艺必不可少的工具.本文利用有限元分析软件计算了φ300 mm直拉硅单晶生长过程中,不同液面位置时的晶体固液界面形状,模拟计算考虑了热传导、辐射、气流等物理现象,分析了晶体长度和液面位置对晶体生长界面形状的影响,得出了随着晶体长度的增加固液界面的凸度会增大的规律.     

AgGa1-xInxSe2晶体的生长习性研究

采用DTA对不同铟含量(x)的AgGa1-xInxSe2多晶熔化和结晶温度进行了测试.结果表明:随着x值的增加其过冷度增大.采用改进的垂直布里奇曼法和实时补温技术,对AgGa1-xInxSe2晶体生长过程中的结晶特性和生长温度场关系进行了研究,并对其结晶形态进行了观测.发现:随着晶体生长过程的进行,熔体结晶温度呈下降趋势,固-液界面发生移动;生长晶体表面存在外形规则、形状相同的半球状小孔,有取向一致的台阶反光面,小孔底部为{112}面.研究结果为大尺寸、高质量的AgGa1-xInxSe2单晶体生长奠定了基础,生长出了尺寸达20 mm×60 mm的完整AgGa1-xInxSe2单晶体.     

改进布里奇曼法生长HgCdTe晶体的生长速度对固液界面形态的影响

为选择合理的晶体生长速度,在用改进Bridgman法生长直径为φ19mm的HgCdTe(x=0.21)晶体过程中,对正在生长的单晶体及熔体进行淬火,以观察其固液界面形态.初步的实验结果表明:在2mm/d及9mm/d的两种生长速度条件下,石英安瓶中的固液界面形态均为凹形抛物面,但其凹陷深度分别为10mm和14mm.较低的晶体生长速度条件下,凹陷深度较小,固液界面形态较平.由实验和讨论得知,宜选择较低的晶体生长速度用改进Bridgman法生长HgCdTe晶体.     

运用数值模拟技术改进VGF法生长GaAs晶体

在VGF法生长GaAs晶体的过程中固液界面凹向晶体,很容易在坩埚圆锥面处生长多晶.本文采用专业晶体生长模拟软件CrysVUn对实验温场进行了计算机模拟并提出改进方案,把底加热器取消并在坩埚底部加入氦气冷源,底部结构类似于热交换法系统.这样改变热场结构,得到凸向熔体的固液界面.     

The Twinned Crystal Structure of Zinc(II) Acetylacetonate Trimer

Abstract  The crystal structure of the title compound, C₃₀H₄₂O₁₂Zn₃, originally determined from untwinned crystals (Bennett et al. Acta Cryst B 24:904, 1968) has been redetermined from twinned crystals. The effect of the twinning is that additional reflections appear in the diffraction pattern leading to a unit cell with a too long c-axis in which the structure cannot be solved. Thus, for a successful structure solution the correct unit cell has to be found and for refinement the twinning has to be taken into account. The central Zn atom is located on a twofold rotation axis. It is hexacoordinated in a distorted octahedral mode, whereas the coordination geometry of the two terminal Zn atoms is distorted trigonal bipyramidal. Index Abstract  The crystal structure of the title compound, Zinc(II) acetylacetonate trimer, has been redetermined from twinned crystals. For a successful structure solution the correct unit cell had to be found and for refinement the twinning had to be taken into account. The central Zn atom is located on a twofold rotation axis. It is hexacoordinated in a distorted octahedral mode, whereas the coordination geometry of the two terminal Zn atoms is distorted trigonal bipyramidal. An erratum to this article can be found at     

Dopant transport during semiconductor crystal growth: Axial versus transverse magnetic fields

The present study investigates the effects of magnetic field orientation, magnetic field strength and growth rate on the dopant segregation in semiconductor crystals, and presents results of dopant composition in the crystal and in the melt at several different times during growth for several combinations of process parameters. The crystal's lateral segregation depends on the magnetic field's orientation and strength while the axial segregation depends on the magnetic field's strength and the growth rate. If either convective or diffusive transport truly dominates, then the crystal's dopant distribution is laterally uniform. The axial distribution in the crystal approaches the well-mixed limit if the melt motion is strong and the growth rate is slow, and the distribution approaches the diffusion-controlled limit if the melt motion is slow and the growth rate is fast. The deviations of the dopant distribution in the crystal from lateral uniformity and from the classical limits are quantified for several combinations of process parameters.     

氧化锌晶体生长基元模拟

本文利用Hyperchem分子模拟软件对氧化锌晶体生长基元Zn(OH)42-进行了系统的模拟.通过模拟分析生长基元的结合方式,提出了生长基元的结合规律.结果表明:Zn原子数(生长基元)与共用O原子数(O桥)的比例越大所形成的络合物越稳定;当分子中Zn原子和共用O原子比例一定时,羟基数目越少则越稳定.并且通过计算机模拟生长基元直线状结合情况解释了单晶ZnO纳米线状或纳米棒状的结构很难在实验中获得的原因.     

A variational approach to cellular crystal growth

The variational method is applied to the study of crystal growth from melt under the condition that the boundary between the liquid and solid phases has a cellular structure. The surface energy of the interface is taken into account.     

负离子配位多面体生长基元与晶体表面结构(Ⅱ)异质同构晶体表面结构：金刚石(C)与闪锌矿(ZnS)；刚玉(Al2O3)与赤铁矿(Fe2O3)；碘化镉(CdI2)与氯化镉(CdCl2)

本文研究了几种异质同构晶体的表面结构与晶体中负离子配位多面体结晶方位之间的关系,提出了晶体中各族晶面上结构花纹与负离子配位多面体在各族晶面上的显露是互相对应的关系,异质同构晶体中的负离子配位多面体的结构形式、联结方式和结晶方位是完全相同的。故晶体的表面结构花纹亦完全一致,而且晶体的结晶形貌也是十分相似的。     

The role of surface and interface structure in crystal growth

Crystal growth occurs at the interface of a crystal and its growth medium. Due to the abrupt termination at the surface, at the interface the properties of the crystal will typically deviate from the bulk and this can affect the growth behaviour. Also the properties of the growth medium at the interface will typically differ from the bulk. In growth from solution, for example, the liquid will show ordering induced by the crystal surface or have a different composition. Here techniques to study such growth interfaces will be discussed together with examples of the effect that the properties of the interface can have on the growth.     

纳米晶粒取向连生与枝蔓晶的形成

本文研究了在水热条件下ZnO、BaTiO3、La2/3TiO3和Fe2O3纳米晶粒的取向连生和枝蔓晶的形成.用负离子配位多面体生长基元理论模型讨论了纳米晶粒的取向连生和晶粒相连的枝蔓晶,其枝蔓晶的形成与通常枝蔓晶的形成机理是一致的,都是沿着晶体中负离子配位多面体相互联结的稳定方向,为晶体生长速率最快方向,其分布的对称性与晶体结构的对称性是对应一致的.     

二维锰(Ⅱ)配位聚合物[Mn2(bppc)4(H2O)]n·2nH2O的合成、晶体结构及热稳定性研究

以2,6-双(2-吡嗪基)吡啶-4-对苯甲酸和MnCl2为原料,在水热条件下合成了二维锰(Ⅱ)配位聚合物[Mn2(bppc)4(H2O)]n·2nH2O,并用元素分析、红外光谱、X射线单晶衍射对此配位聚合物进行了表征,测定结果表明,晶体属于单斜晶系,P2(1)/c空间群,晶胞参数为:a=10.3918(9) nm, b=24.519(2) nm ,c=7.0140(6) nm,α=90°,β=105.0890(10)°,γ=90°.此配位聚合物中MnII之间通过配体中吡嗪环上的氮和羧基氧的桥连形成一维链状结构,一维链再通过羧基基团上的氧的进一步桥连形成二维结构.另外,热重分析表明,此配位聚合物具有较好的热力学稳定性.     

1,3,5-三(羧基甲氧基)苯镍配位聚合物的合成、晶体结构及性质研究

采用溶剂热法,1,3,5-三(羧基甲氧基)苯为定向配体和乙酸镍反应构筑了一个新型的金属配位聚合物[Ni(TB)2(H2O)2]n·2H2O,其中H3TB=1,3,5-三(羧基甲氧基)苯,通过元素分析、IR及X射线单晶衍射对配合物结构进行表征,并研究其荧光性质、热稳定性及Hirshfeld表面作用力.单晶结构分析表明,该...     

熔体温度对负离子配位多面体生长基元聚集体结构的影响

据Na2SiO3与BaB2O4晶体和熔体的高温拉曼光谱测试结果综合分析后提出:熔体的温度对负离子配位多面体生长基元相互联结的聚集体结构有影响.在高温熔体中,高电价、离子半径小的阳离子配位多面体往往孤立存在.当熔体过冷度大时,孤立的负离子配位多面体顶角上的氧与低电价、离子半径大的阳离子配位构成大维度的聚集体.同质异构晶体的熔体拉曼谱都显示出相同的孤立负离子配位多面体振动峰.