50 Years Progress in Crystal Growth pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Feigelson, Robert 编

出品人:

页数:268

译者:

出版时间:2004-7

价格:$ 154.81

装帧:HRD

isbn号码:9780444516503

丛书系列:

图书标签:

Science
晶体生长
材料科学
半导体
物理学
化学
材料工程
技术进展
学术研究
50周年
晶体学

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具体描述

There is no question that the field of solid state electronics, which essentially began with work at Bell laboratories just after World War II, has had a profound impact on today's Society. What is not nearly so widely known is that advances in the art and science of crystal growth underpin this technology. Single crystals, once valued only for their beauty, are now found, in one form or another in most electronic, optoelectronic and numerous optical devices. These devices, in turn, have permeated almost every home and village throughout the world. In fact it is hard to imagine what our electronics industry, much less our entire civilization, would have been like if crystal growth scientists and engineers were unable to produce the large, defect free crystals required by device designers. This book brings together two sets of related articles describing advances made in crystal growth science and technology since World War II. One set is from the proceedings of a Symposium held in August 2002 to celebrate 50 years of progress in the field of crystal growth. The second contains articles previously published in the newsletter of the American Association for Crystal Growth in a series called "Milestones in Crystal Growth". The first section of this book contains several articles which describe some of the early history of crystal growth prior to the electronics revolution, and upon which modern crystal growth science and technology is based. This is followed by a special article by Prof. Sunagawa which provides some insight into how the successful Japanese crystal growth industry developed. The next section deals with crystal growth fundamentals including concepts of solute distribution, interface kinetics, constitutional supercooling, morphological stability and the growth of dendrites. The following section describes the growth of crystals from melts and solutions, while the final part involves thin film growth by MBE and OMVPE. These articles were written by some of the most famous theorists and crystal growers working in the field. They will provide future research workers with valuable insight into how these pioneering discoveries were made, and show how their own research and future devices will be based upon these developments. This book presents articles written by some of the most famous theorists and crystal growers working in the field. It offers valuable insight into how pioneering discoveries were made. It shows how their own research and future devices will be based upon these developments.

跨越世纪的材料科学探索：从微观到宏观的晶体生长与应用前沿导言：新材料时代的基石材料是人类文明进步的物质载体。在当代科技高速发展的浪潮中，对具有特定功能和优异性能的新型晶体材料的需求从未如此迫切。从尖端电子设备的核心部件到能源转换的效率瓶颈，再到生命科学的精准诊断，高性能晶体的可控制备与结构调控能力，已成为衡量一个国家基础研究和高新技术产业竞争力的重要标志。本书并非聚焦于特定时间跨度内的回顾，而是旨在深入探讨当代晶体生长领域所面临的关键挑战、正在突破的前沿技术，以及由此催生的颠覆性应用前景。我们聚焦于那些定义未来材料性能的底层物理过程与工程实现，力求构建一个前瞻性的知识体系，为下一代材料科学家和工程师提供理论指导与实践参考。 --- 第一部分：生长动力学与界面科学的精深解析晶体生长的本质是一场复杂的相变过程，其宏观结果取决于微观尺度的原子/分子排列与传输现象。本部分将摒弃对历史成就的简单罗列，转而深入剖析驱动晶体形成与缺陷控制的核心物理机制。第一章：非平衡态下的生长前沿现代晶体生长往往处于高度非平衡状态。我们将重点探讨超越经典热力学平衡模型的动力学限制。这包括：表面扩散与台阶动力学：深入分析在不同过饱和度（或超饱和度）条件下，原子在晶体表面的迁移率、台阶的步进机制（如螺型生长与滑移生长）如何影响表面粗糙度和缺陷形核。引入随机行走模型和密度泛函理论（DFT）计算，模拟原子在不同晶面上的结合能和迁移势垒。生长速率的非线性响应：考察温度梯度、压力梯度、组分梯度等多场耦合如何导致生长速率的复杂非线性行为，特别是在涉及固-液、气-固界面上的相界移动速度极限。缺陷的引入与抑制：晶体生长中孪晶、位错和空位团簇的形成是控制材料性能的关键瓶颈。本章将详细阐述如何通过精确控制界面能和局部应力场，实现“无损”或“超低缺陷”晶体的定向生长。讨论引入特定掺杂物作为“缺陷捕获剂”的分子动力学模拟方法。第二章：先进表征技术在界面过程中的实时监控要实现对晶体生长的精确控制，必须实时洞察界面处的瞬时状态。本部分重点介绍那些能够穿透生长环境，提供原位、实时、高分辨率信息的先进表征手段：同步辐射与中子散射的应用：探讨如何利用高能X射线进行原位X射线衍射（XRD）和X射线吸收谱（XAS），监测晶体内部的应力演变和原子有序度的变化。中子散射在探测轻元素（如氢、锂）在非晶或高熵晶体网络中的分布优势。原位光谱学技术：深入分析拉曼散射、荧光光谱、傅里叶变换红外（FTIR）光谱等技术如何应用于气相外延（MBE/MOCVD）和溶液生长中，实时监测前驱物在表面的解离效率和中间产物的浓度梯度。原子力显微镜（AFM）在溶液生长中的应用：介绍在原位液体环境中，AFM如何捕获到纳米尺度台阶的“爬升”和“合并”过程，为理解宏观晶面选择性提供直接证据。 --- 第二部分：面向极端条件的晶体工程与新型生长方法传统的热平衡方法已无法满足对新奇晶体结构和特定功能要求的挑战。本部分聚焦于利用非常规能量输入和环境调控实现对材料相图边界的探索。第三章：高熵与非晶态晶体生长高熵合金（HEA）和高熵氧化物（HEO）的出现，挑战了传统材料设计的范式。晶体生长领域的任务是稳定这些具有巨大组分无序度的相：高熵体系的晶格应力调控：探讨如何利用不同离子半径和价态的元素共存，引入局部的、动态的应力场来稳定特定的晶格结构，避免形成过多的非晶区或第二相析出。非晶态材料的精确制备与诱导晶化：深入研究如何通过超快冷却速率（如熔融喷射或闪蒸冷凝）来制备具有高玻璃化转变温度的非晶体。随后，探讨利用激光脉冲或电子束激发诱导的受控亚稳态晶化，以获得具有独特纳米结构（如纳米晶-非晶复合结构）的材料。第四章：极端条件下的固态反应与合成探索晶体在高温、高压或强辐射场下的行为是拓展材料体系的关键：超高压下的晶体结构转变：详细介绍金刚石对顶砧（DAC）技术如何与其他生长技术（如激光加热）结合，用于合成地球深部物质模型或具有异常高硬度的新型化合物。重点分析晶格结构在压力诱导下进行的阶梯式相变机制。微重力环境下的生长优势：论述在空间站等微重力环境下，如何有效消除对流和沉降效应，实现组分传输的纯粹扩散控制，从而生长出成分更均匀、界面更平坦的超纯单晶，尤其对半导体和超导体材料的意义。 --- 第三部分：功能化晶体的集成与尺度效应晶体生长不仅关乎结构，更在于其功能与宏观尺度的集成。本部分着眼于如何将晶体生长的科学知识转化为具有实际应用价值的器件级组件。第五章：异质结界面工程与应变梯度材料现代电子和光电子器件依赖于不同材料之间的完美界面。应变工程的量化与控制：探讨如何通过选择具有不同晶格常数的衬底，精确控制薄膜晶体中的可控弹性应变。利用X射线衍射分析不同应变状态下能带结构和载流子迁移率的变化规律。复杂多层异质结构的生长：深入研究如何通过交替生长不同材料层（如半导体/绝缘体/金属），实现界面处的能级阶梯匹配。重点讨论如何避免界面扩散、相分离和缺陷的跨层传递。第六章：面向特定应用的晶体设计与生长优化本章将晶体生长技术直接与最终应用场景挂钩，探讨如何“反向设计”晶体以满足特定功能：能源转换晶体（光伏与热电）：针对高效光伏材料（如钙钛矿前驱体结晶、硅基薄膜）和热电材料（如碲化铋、填充方钴矿），讨论如何通过控制晶体取向和点缺陷浓度来最大化其光吸收效率或塞贝克系数。生物相容性晶体与药物输送载体：探讨在温和条件下生长具有特定孔隙率和表面化学活性的无机晶体（如磷酸钙、特定沸石）用于生物医学工程领域的策略。量子信息材料的生长挑战：聚焦于稀土掺杂晶体（如蓝宝石或YAG）中，如何将激活离子（如$ ext{Er}^{3+}, ext{Yb}^{3+}$）的局部环境精确控制在极小的体积内，以实现长相干时间和高自旋量子比特密度。结论：迈向智能化的晶体制造晶体生长的未来在于与人工智能和大数据分析的深度融合。本书最后将展望如何利用机器学习模型，基于实验参数（温度、压力、流速、组分）与最终晶体质量之间的复杂关系，实现生长过程的自适应优化和闭环控制，最终构建起真正意义上的“智能晶体工厂”。本书致力于为研究人员提供一个理解当前挑战、把握未来方向的综合性视角。