Предлагаемый читателю третий том «Современной кристаллографии» посвящен научным и практическим вопросам образования кристаллов. В первой части систематически изложены основные представления о фундаментальных явлениях кристаллизации. Здесь рассмотрены: термодинамические движущие силы кристаллизации; структура фазовой границы между кристаллом и его паром, раствором и расплавом; образование зародышей в объемах переохлажденных фаз и на твердых поверхностях; эпитаксия; кинетика послойного и нормального роста; морфология поверхностей; влияние примесей на процессы роста и захват примесей; устойчивость фронта кристаллизации; образование дефектов при кристаллизации — захват включений, образование дислокаций и остаточных напряжений; массовая кристаллизация и созревание в дисперсных кристаллических системах.
Во второй части книги систематически изложены основы всех методов выращивания кристаллов, получивших достаточно широкое распространение в промышленной и лабораторной практике: отдельно рассмотрены физические и химические методы выращивания из газовой фазы, методы выращивания из низкотемпературных водных растворов, из гидротермальных растворов, из растворов в высокотемпературных расплавах, методы выращивания из расплавов, в том числе при высоких температурах. Описаниям всех методов предпослан анализ их физико-химических основ. Для каждого из методов приведены характерные примеры его применения, разобраны важнейшие характеристики кристаллов, связанные с условиями их получения, диагностика дефектов в кристаллах и некоторые пути управления ростом и реальной структурой кристаллов. Изложены основные принципы выбора подходящей методики для практического выращивания кристаллов с теми или иными свойствами. Книга имеет целью вооружить читателя методическими основами анализа процессов кристаллизации и практического выращивания кристаллов. Изложение требует знакомства читателя с основами физики и химии в объеме начального вузовского курса и не предполагает знакомства с литературой по образованию кристаллов. Вместе с тем значительная часть материала представляет интерес также для специалистов в области обраяо-
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ .................. 5
1. Фазовое равновесие................ 7
1.1. Однокомпонентные системы............ 7
1.2. Многокомпонентные системы........... 10
1.3. Кристаллизационное давление........... 12
2. Поверхностная энергия и периодические цепи связей......................... 13
2.1. Поверхностная энергия.............. 13
2.2. Периодические цепи связей и оценки поверхностной энергии.................... \t(
2.3. Анизотропия поверхностной энергии...... 1R
3. Атомная структура поверхности........... 20
3.1. Поверхностные конфигурации и их энергии 20
3.2. Адсорбционный слой............... 23
3.3. Шероховатость ступени.............. 25
3.4. Шероховатость поверхности............ 27
4. Фазовое равновесие с учетом поверхностной энергии. Равновесная форма кристалла........ 33
4.1. Фазовое равновесие над кривой поверхностью 33
4.2. Равновесная форма кристалла........... 3&
4.3. Средние работы отрыва и нахождение граней равновесной формы................ 38
4.4. Экспериментальное получение равновесной формы .......................... 40
5. Гомогенное образование зародышей....... 42
5.1. Работа и скорость образования зародышей. Размер и форма зародышей.............. 42
5.2. Критическое пересыщение и граница метаста-бильности в парах................. 44
5.3. Зарождение в конденсированных фазах...... 4&
5.4. Нестационарные процессы зарождения...... 52
6. Гетерогенное образование зародышей....... S3.
6.1. Работа и скорость образования зародышей. Размер и форма зародышей.............. 53
6.2. Атомистическая картина зарождения...... 58
6.3. Декорирование. Диффузионное взаимодействие растущих кристаллов............... 64
6.4. Активность твердых поверхностей] в расплавах 68
7. Эпитаксия..................... 69
7.1. Основные проявления............... 6У
7.2. Анизотропия граничной энергии и элементарные процессы зарождения................ 70
7.3. Дислокации несоответствия и условия псевдоморфизма ...................... 79
8. Нормальный и послойный рост кристаллов .... 83
8.1. Условия нормального и послойного роста .... 83
8.2. Кинетические коэффициенты при нормальном росте........................ 84
8.3. Послойный рост и анизотропия скорости роста грани........................ 88
9. Послойный рост в различных фазах....... 93
9.1. Рост из пара..................... 93
9.2. Рост из раствора.................. 99
9.3. Рост из расплава................. 102
10. Источники слоев и скорости роста граней . , . 102
10.1. Зародыши...................... 102
10.2. Дислокации..................... 104
10.3. Кинетический коэффициент роста грани и его анизотропия.................... 109
10.4. Экспериментальные данные об источниках слоев 111
11. Морфология послойно растущей поверхности 115
11.1. Оптические методы исследования поверхности и процессов кристаллизации............. 115
11.2. Ступени, вицинальные холмики, образование дислокаций при росте из паров. Промежуточная жидкая фаза.................... 120
11.3. Кинематические волны и макроступени...... 124
12. Влияние примесей на процессы роста...... 126
12.1. Смещение равновесия............... 126
12.2 Адсорбция...................... 127
12.3. Зависимости скорости роста и морфологии кристаллов от концентрации примеси......... 131
13. Захват примесей: классификация и термодинамика 134
13.1. Классификация................... 134
13.2. Термодинамика................... 137
13.3. Равновесное распределение примеси в системе кристалл—расплав ................ 138
13.4. Равновесное распределение примеси в системе кристалл—раствор................. 142
13.5. Равновесие в поверхностном слое........ 143
13.6. Взаимное влияние частиц примеси....... 144
14. Захват примесей: кинетика............ 146
14.1. Поверхностные процессы............. 146
14.2. Диффузия в маточной среде........... 152
14.3. Наблюдаемые коэффициенты распределения . . . 154
15. Перенос вещества и теплоты при кристаллизации 157
15.1. Неподвижный раствор. Кинетический и диффузионный режимы.................. 158
15.2. Перемешиваемый раствор. Сложение сопротивлений ........................ 160
15.3. Кинетический и диффузионный режимы в расплаве ........................ 162
15.4. Диффузионное поле многогранника. Непостоянство пересыщения на гранях............ 165
16. Формы роста.................... 167
16.1. Кинематика..................... 167
16.2. Определение огранки методом ПЦС....... 168
16.3 Правило Бравэ—Доннея—Харкера......., 170
16.4. Влияние условий роста............. 171
16.5. Эффект грани.................... 174
17. Устойчивость форм роста............. 176
17.1. Шар . . ....................... 176
17.2. Многогранник................... 178
17.3. Плоскость...................... 184
18. Образование дефектов................ 189
18.1. Классификация................... 189
18.2. Включения маточного раствора.......... 189
18.3. Включения посторонних частиц.......... 191
18.4. Дислокации. Затравка............... 198
18.5. Температурные напряжения............ 200
18.6. Вакансии и примеси................. 211
18.7. Границы блоков................... 213
19. Массовая кристаллизация............. 21&
19.1. Кинетика затвердевания и размер зерен .... 21&
19.2. Геометрический отбор и образование слитка 220
19.3. Тепло- и массоперенос . „............. 222
19.4. Созревание...................... 224
19.5. Принципы промышленной кристаллизации неметаллов .........„ ,............ 230
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ИЗ ПАРОВОЙ (ГАЗОВОЙ)
ФАЗЫ (Е. И. Гиваргизов).............. 233.
1. Физико-химические закономерности кристаллизации из паровой фазы.............. 234
1.1. Активность поверхности и подготовка подложек
и затравок..................... 235
1.2. Плотность потока частиц в пучке; концентрация вещества в среде................... 236
1.3. Структурное совершенство кристаллов. Минимальные, максимальные и оптимальные пересыщения. Температура эпитаксии.......... 23V
1.4. Особенности гетероэпитаксиального роста пленок........................ 240
2. Методы, использующие физическую конденсацию 241
2.1. Метод молекулярных пучков.......... 241
2.2. Катодное распыление................ 246
2.3. Метод объемной паровой фазы........... 250
2.4. Кристаллизация в потоке инертного газа .... 253
3. Методы кристаллизации с участием химических реакций....................... 256
3.1. Химический транспорт............... 259
3.2. Методы разложения соединений......... 263
3.3. Методы химического синтеза........... 269
4. Кристаллизация из пара через слой жидкой фазы 271
4.1. Общие представления о механизме роста пар-жидкость—кристалл (ПЖК)........... 271
4.2. Кинетика роста по механизму ПЖК....... 272
4.3. Механизм ПЖК и основные закономерности роста нитевидных кристаллов........... 276
4.4. Управляемое выращивание нитевидных кристаллов ......................... 276
4.5. Роль механизма ПЖК при росте пластинок, эпи-таксиальных пленок и массивных кристаллов 278
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ИЗ РАСТВОРОВ (В. А. Кузнецов, § 5,6; Л. Н. Демьянед, А. Н. Лобачев, § 7;
X. С. Багдасаров, § 8)............... 279
5. Физико-химические основы выращивания кристаллов из растворов................ 280
5.1. Термодинамические условия и классификация методов....................... 280
5.2. Механизмы роста из растворов.......... 284
6. Выращивание кристаллов из низкотемпературных водных растворов................. 286
6.1. Методы выращивания кристаллов из низкотемпературных водных растворов............ 287
6.2. Выращивание кристаллов KDP и ADP...... 300
7. Выращивание и синтез в гидротермальных растворах ........................ 305
7.1. Методы выращивания кристаллов из гидротермальных растворов................. 306
7.2. Аппаратура для гидротермального выращивания кристаллов..................... 309
7.3. Гидротермальные растворы. Характеристика растворителя ...................... 311
7.4. Взаимодействие кристаллизуемого вещества с растворителем ...................... 315
7.5. Выращивание кристаллов............... 318
7.6. Дефекты в кристаллах, выращенных гидротермальным методом, и способы их устранения . . 323
7.7. Некоторые кристаллы, выращенные гидротермальным методом.................. 326
8. Выращивание из растворов в высокотемпературных расплавах (раствор в расплаве) ....... 329
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ИЗ РАСПЛАВА (X. С. Багда-
саров)........................... 337
9. Физико-химические основы выращивания монокристаллов из расплава............... 338
9.1. Состояние расплава................. 338
9.2. Материал контейнера............... 340
9.3. Атмосфера кристаллизации............ 342
10. Основные методы выращивания монокристаллов
из расплава.................... 345
10.1. Методы Киропулоса и Чохральского...... 345
10.2. Метод Стокбаргера — Бриджмена........ . 350
10.3. Метод Вернейля.................. 352
10.4. Зонная плавка.................... 356
10.5. Перенос тепла в кристалле и расплаве...... 361
10.6. Системы контроля и стабилизации температуры 362
10.7. Автоматическая система управления процессом выращивания монокристаллов.......... 364
10.8. Выбор метода выращивания монокристалла . . 365
11. Дефекты в кристаллах, выращиваемых из расплава, и пути управления реальной структурой 366
11.1. Инородные включения............... 366
11.2. Примеси....................... 367
11.3. Остаточные напряжения, дислокации и блоки 374
БИБЛИОГРАФИЯ................... 376
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ............ 395
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ............. 401
Цена: 300руб.
