界面結(jié)構(gòu)與運(yùn)動學(xué)理論第1頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一人工晶體基礎(chǔ)研究的重要內(nèi)容:晶體生長機(jī)制的研究界面的微觀結(jié)構(gòu)決定了晶體的生長機(jī)制晶體的生長機(jī)制決定了它所遵循的動力學(xué)規(guī)律界面的熱力學(xué)性質(zhì)及其結(jié)構(gòu)第2頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一界面:是指在熱力學(xué)系統(tǒng)中共存各相的分界面;它應(yīng)包括:固-液界面、固-氣界面、固-固界面、液-氣界面和液-液界面等;與晶體生長有關(guān)的界面:晶體-流體(蒸氣、溶液、熔體)界面;向流體中不斷推移的過程;產(chǎn)生：在流體的亞穩(wěn)相中一旦有新相出現(xiàn)，必然同時伴有界面產(chǎn)生；而晶體的生長過程是和界面的性質(zhì)緊密相關(guān)的；晶體的生長過程實(shí)質(zhì)上就是生長基元從流體相中，不斷通過界面而進(jìn)入晶格座位的過程；第3頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一問題：生長基元以何種方式以及如何通過界面而進(jìn)入晶格座位的；在進(jìn)入晶格座位的過程中又如何受界面結(jié)構(gòu)的制約。界面的微觀理論研究:提出了各種各樣的理論和模型;很難找到一種對各種晶體、各種生長環(huán)境相均適用的統(tǒng)一的理論模型;劃分界面類型的標(biāo)準(zhǔn)有許多種:界面是突變的，還是漸變的；是光滑的，還是粗糙的；是完整的，還是非完整的；是存在有吸附層，還是不存在有吸附層等等。第4頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一7.1界面的平衡形態(tài)第5頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一1微觀粗糙界面7.1.1固一液界面的微觀結(jié)構(gòu)微觀－原子尺度；

粗糙－厚度為幾個原子間距的過渡層的固液界面；

排列－過渡層中固相液相原子交錯排列；

連續(xù)長大－處處等效，液相原子容易落座，晶體長大容易，晶體連續(xù)生長，稱之為“連續(xù)長大”；

不顯示特定晶面－界面形貌隨溫度與溶質(zhì)濃度分布而定；

宏觀光滑－微觀粗糙，非小平面生長。第6頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一2微觀光滑界面微觀－原子尺度；

光滑－界面兩側(cè)的固液兩相是截然分開；

排列－界面基本上為完整原子密排晶面；

側(cè)面長大－靠原子沉積在臺階邊緣側(cè)面擴(kuò)展長大；臺階－二維晶核，螺型位錯，孿晶面；

特定晶面－小平面都是密排晶面；

宏觀粗糙－微觀光滑，小平面生長，呈曲折的臺階狀。第7頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一第8頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一第9頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一7.1.2晶體表面的結(jié)構(gòu)1界面反應(yīng):晶體生長，不論是單組分體系還是多組分體系，生長過程中一個重要的階段是界面反應(yīng);這一反應(yīng)可以作為若干亞反應(yīng)發(fā)生。面心立方結(jié)構(gòu)的晶體的表面構(gòu)造:2晶體表面:第10頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一晶面上原子密度的差別，導(dǎo)致不同結(jié)晶面吸附性、生長、溶解度及反應(yīng)活性不同。第11頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一(1)每一立方塊代表一個原子；原子是相同的并且緊密排列；(2)晶體內(nèi)部的每個原子有：

6個第一近鄰，面接觸；

12個第二近鄰，棱邊接觸；

8個第三近鄰，頂角相接觸。(3)成鍵時釋放能量：位置(1)：3個最近鄰鍵＋6個第二近鄰鍵＋…

位置(2)：2個最近鄰鍵＋6個第二近鄰鍵＋…

位置(3)：1個最近鄰鍵＋4個第二近鄰鍵＋…

位置(4)：1個最近鄰鍵＋3個第二近鄰鍵＋…

位置(5)：1個最近鄰鍵＋2個第二近鄰鍵＋…原于添加的容易程度3原子級光滑理想表面模型:第12頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一(4)鍵合力（鍵合力反比于立方體中心距離的平方）第一近鄰1/b

第二近鄰1/(2b)

第三近鄰1/(3b)其中，b為立方體的邊長。(5)A+B－表面上的添加A+A+將與第一近鄰B能量按1／b比例增加；與第二近鄰A＋原子將按(－)n／2b比例排斥，n是第二近鄰的數(shù)目；與第三近鄰B－原子，按m／3b成比例吸引，m為第三近鄰的數(shù)目。如果不考慮遠(yuǎn)于第三近鄰原子的作用，它所釋放出的能量為：式中為比例常數(shù)。第13頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一原子(3)、(4)和(5):原子(3)或(5)上添加原子要比在原于(4)上添加有利。第14頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一(6)考塞爾假設(shè)假設(shè)原子間力比原子間距離的平方減小得快：因此：對于極性晶體，原子在開始進(jìn)入新的原子層時，原子(5)是最有利的位置。問題：