晶体生长理论基础与方法
课程编码：180081070205P3018H
英文名称：Basic Theory and Method of Single Crystal Growth
课时：50
学分：2.50
课程属性：专业课
主讲教师：王刚等
教学目的要求
本课程是凝聚态物理、材料、化学及相关专业研究生的专业课程，主要介绍晶体生长的基本理论、主要晶体生长方法和应用及晶体缺陷。主要内容包括：相平衡和相图、温场和热量传输、溶质分凝和质量传输、界面的稳定性和平衡性质、晶体成核、生长动力学、主要晶体生长方法、晶体中的缺陷等。通过本课程的学习，能够掌握晶体生长的理论基础和方法，并能够运用这些知识理解晶体生长中遇到的实验现象和解决晶体材料制备过程中遇到的相关物理和技术问题。
预修课程
热力学与统计物理、固体物理学
大纲内容
第一章 相平衡和相图 4.5学时 郭丽伟
第1节 相平衡及相变
第2节 单元系的相平衡
第3节 二元相图
第4节 相图热力学
第5节 三元相图
第6节 相图在晶体生长中的作用
第二章 温场和热量传输 4.5学时 王刚
第1节 炉膛内温场的描述
第2节 从能量守恒原理讨论晶体生长工艺
第3节 能量守恒的微分形式和一维稳态温场
第4节 晶体中的温场
第5节 坩埚中液面位置及辐射屏对温场的影响
第6节 晶体生长过程中直径的惯性和直径响应方程
第7节 非稳温场和温度波
第三章 溶质分凝和质量传输 3学时 郭丽伟
第1节 固溶体和溶液
第2节 溶液的凝固和平衡分凝系数
第3节 溶质浓度场和溶质守恒
第4节 溶质保守系统中的浓度场
第5节 溶质非保守系统中的浓度场
第6节 直拉法生长过程中的溶质均化
第四章 界面稳定性和组分过冷、过热 6学时 郭丽伟
第1节 界面稳定性的定性描述
第2节 组分过冷形态学
第3节 产生组分过冷的临界条件
第4节 组分过热
第5节 界面稳定性的动力学理论
第6节 枝晶生长
第五章 界面的宏观性质与微观结构 6学时 郭丽伟
第1节 界面能和界面张力
第2节 界面接触
第3节 弯曲界面的相平衡
第4节 弯月面与直拉法生长
第5节 界面曲率对平衡参量的影响
第6节 晶体的平衡形状
第7节 邻位面与台阶的平衡结构
第8节 界面相变熵和界面的平衡结构
第六章 成核 6学时 王刚
第1节 相变驱动力
第2节 亚稳态
第3节 均匀成核
第4节 非均匀成核
第5节 界面失配对成核行为的影响
第6节 晶体生长系统中成核率的控制
第七章 生长动力学 6学时 王刚
第1节 粗糙界面生长动力学
第2节 邻位面生长动力学
第3节 光滑界面生长动力学
第4节 晶体生长运动学理论
第5节 晶体生长形态学
第八章 液相晶体生长方法和应用 3学时 王刚
第1节 溶液法晶体生长
第2节 熔体法晶体生长
第九章 气相晶体生长方法和应用 3学时 王刚
第1节 物理气相沉积法（PVD）
第2节 化学气相沉积法（CVD）
第3节 其它方法
第十章 晶体缺陷和表征 3学时 王刚
第1节 组分
第2节 点缺陷
第3节 线缺陷
第4节 面缺陷和体缺陷
第5节 缺陷的影响和表征
第十一章 答疑和期末考试 5学时 王刚
第1节 答疑
第2节 期末考试
教材信息
1、
晶体生长的物理基础
闵乃本
2019年11月
南京大学出版社
参考书
1、
晶体生长科学与技术（第二版）@ 新型超导体系相关系和晶体结构 @ 晶体生长原理与技术（第二版）
张克从、张乐潓 @ 梁敬魁、车广灿、陈小龙著 @ 介万奇
1997年7月 @ 2006年6月 @ 2018年11月
科学出版社 @ 科学出版社 @ 科学出版社
课程教师信息
王刚，中科院物理研究所研究员，博导。2001年和2004年于兰州大学分别获得学士和硕士学位，2007年在中科院物理研究所获得博士学位，2007-2008年在瑞典和美国做博士后，2009年回到中科院物理研究所工作，2016-2017年在美国埃姆斯国家实验室访问。一直从事大尺寸、高质量单晶生长与物性研究，在生长宽禁带半导体碳化硅晶体满足国家重大需求、发现新高温超导体和拓扑半金属光电性能引领基础前沿研究方面取得了系统性创新成果。发表SCI论文92篇，授权国际发明专利6项。承担国家自然科学基金优秀青年科学基金、重点项目、面上项目，中组部“万人计划”青年拔尖人才项目，国家重点研发计划项目等。担任中国硅酸盐学会第九届理事、中国硅酸盐学会晶体生长与材料分会理事、中国晶体学会粉末衍射专业委员会委员；Powder Diffraction编辑、The Innovation编委。获得国家自然科学奖二等奖（3/5）、中科院科技促进发展奖（3/10）和茅以升科学技术奖-北京青年科技奖等奖励。
郭丽伟，中国科学院物理研究所研究员，博士生导师。在1984年和1987年在辽宁大学分别获得理学学士和硕士学位。1996年在中国科学院物理研究所获理学博士学位。1987年-1993年在辽宁大学物理系工作（讲师）。1998年-1999年在日本东北大学金属材料研究所访学工作。1999年至今在中国科学院物理研究所工作。主要从事过Si基、GaAs基、GaN基半导体薄膜量子结构材料的生长和相关光电器件的研究，宽带隙半导体SiC和AlN单晶材料的晶体生长和物性研究，以及由SiC衍生的石墨烯材料的制备和性能研究。作为课题负责人先后承担过科技部863项目、基金委面上基金项目、JG预研项目和北京市科委项目等；作为研究骨干参与了973重大科学研究计划项目、科学院重要方向性项目、院重点项目“璀璨行动”和科技部国际合作项目，以及国家重点基础研究发展计划A类项目，广东省和北京市科技计划课题等。目前已发表研究论文120余篇，申请发明专利21项（其中获授权发明专利16项）。