单晶材料的制备课件

第三章成核理论晶体生长是一个相变过程，必须经历成核和生长两个阶段才能实现，那么，判据是什么呢？第三章成核理论晶体生长是一个相变过程，必须经历成核和生长由热力学理论可知，应根据自由能来判断：

单元复相系＝

（化学势）平衡态：G最小多元复相系统任一组元共存诸相的

i＝i

非平衡态：

亚稳相过渡稳定相在亚稳相中稳定相能否出现以及如何出现?——本章讨论新相如何长大？——第五章学习由热力学理论可知，应根据自由能来判断：§3.1相变驱动力

一、相变驱动力的一般定义

定义驱动力作功：∴图3.1相变驱动力推导示意图§3.1相变驱动力一、相变驱动力的一般定义图3.1而密度：

（1）设：1个原子由流体相晶体相：g

1mol晶体有N个原子则：（2）而密度：

即有：定义：g（）——相变驱动力2.g的物理意义

单个原子或分子由流体相转变为晶体相时所引起的系统吉卜斯自由能的降低量。

功——能对应关系：W=f·s

表明了：合理性（3）即有：定义：g（）——相变驱动力（3）3.g与晶体生长的关系

由可知,当：（1）g<0时：

f>0,界面流体移动，晶体生长;（2）g>

0时：

f<

0,界面晶体移动，晶体熔化、升华；（3）g＝0时：

f＝0,界面不动，晶体不熔也不长，平衡态。3.g与晶体生长的关系由二、汽相生长系统中的g右图为P～Ｔ相平衡曲线：点：b(T0,P0)，两相平衡，稳定相；

a(T0,P1)，不平衡，亚稳相；

P1>P0P1——过饱和蒸汽压(T0)先定义两个量：饱和比：过饱和度：

图3.2气相系统相变驱动力推导示意图二、汽相生长系统中的g右图为P～Ｔ相平衡曲线：图3由：当：系统由（a）（b）(气)时，积分上式:考虑到：0（4）由：当：系统由（a）（b）(气)时，积分又由于：这也是：1mol气体晶体时，

Gibbs自由能的降低。∵R＝Nk，

ln=ln(+1)≈－2/2+3/3－……≈∴即有：

——气相系统相变驱动力表达式（5）又由于：这也是：1mol气体晶体时三、溶液生长系统中的g定义：饱和比：

过饱和度：由热力学理论可知，(P,T,C)理想稀溶液：溶液中溶质i的化学势：(P0,T0,C1)过饱和溶液：（7）（6）三、溶液生长系统中的g定义：饱和比：（7）（6）由二元系的相平衡条件：

而：

(P0,T0,C0)：（8）（9）由二元系的相平衡条件：而：(P0,T0,C0)：（8）故：1mol(P0,T0,C1)液(P0,T0,C0)晶体：由定义：g=/N,T=T0∴（10）（11）——液相系统相变驱动力表达式故：1mol(P0,T0,C1)液(P0,T0,过冷度：Tm时的molH,S

：晶体——熔体两相平衡时：

按定义：∴移项：四、熔体生长系统中的g——名义驱动力过冷度：四、熔体生长系统中的g——名义驱动力即：在等温等压下：（12）（13）（13）代入（12）式：（14）2.在生长温度下，晶—熔两相的GTm：晶体不长也不熔；T<Tm：晶体生长此时，两相Gibbs自由能不再相等，其差值为：（15）即：在等温等压下：（12）（13）（13）代入（12）式：（实际生长中：ΔT较小，Tm≈T，可近似认为：

ΔH（T）≈ΔH（Tm），ΔS（T）≈ΔS（Tm）

∴（16）实际生长中：ΔT较小，Tm≈T，可近似认为：

ΔH（T）≈故：∴熔体生长系统（T≈Tm）：更精确的表达式

（推导可参考闵书P343）：（17）（18）故：∴熔体生长系统（T≈Tm）：（17）（18）

小结：

相变驱动力的概念，g的物理意义，三种生长系统的相变驱动力：气相液相熔体小结：气相熔体谢谢！谢谢！第三章成核理论晶体生长是一个相变过程，必须经历成核和生长两个阶段才能实现，那么，判据是什么呢？第三章成核理论晶体生长是一个相变过程，必须经历成核和生长由热力学理论可知，应根据自由能来判断：

单元复相系＝

（化学势）平衡态：G最小多元复相系统任一组元共存诸相的

i＝i

非平衡态：

亚稳相过渡稳定相在亚稳相中稳定相能否出现以及如何出现?——本章讨论新相如何长大？——第五章学习由热力学理论可知，应根据自由能来判断：§3.1相变驱动力

一、相变驱动力的一般定义

定义驱动力作功：∴图3.1相变驱动力推导示意图§3.1相变驱动力一、相变驱动力的一般定义图3.1而密度：

（1）设：1个原子由流体相晶体相：g

1mol晶体有N个原子则：（2）而密度：

即有：定义：g（）——相变驱动力2.g的物理意义

单个原子或分子由流体相转变为晶体相时所引起的系统吉卜斯自由能的降低量。

功——能对应关系：W=f·s

表明了：合理性（3）即有：定义：g（）——相变驱动力（3）3.g与晶体生长的关系

由可知,当：（1）g<0时：

f>0,界面流体移动，晶体生长;（2）g>

0时：

f<

0,界面晶体移动，晶体熔化、升华；（3）g＝0时：

f＝0,界面不动，晶体不熔也不长，平衡态。3.g与晶体生长的关系由二、汽相生长系统中的g右图为P～Ｔ相平衡曲线：点：b(T0,P0)，两相平衡，稳定相；

a(T0,P1)，不平衡，亚稳相；

P1>P0P1——过饱和蒸汽压(T0)先定义两个量：饱和比：过饱和度：

图3.2气相系统相变驱动力推导示意图二、汽相生长系统中的g右图为P～Ｔ相平衡曲线：图3由：当：系统由（a）（b）(气)时，积分上式:考虑到：0（4）由：当：系统由（a）（b）(气)时，积分又由于：这也是：1mol气体晶体时，

Gibbs自由能的降低。∵R＝Nk，

ln=ln(+1)≈－2/2+3/3－……≈∴即有：

——气相系统相变驱动力表达式（5）又由于：这也是：1mol气体晶体时三、溶液生长系统中的g定义：饱和比：

过饱和度：由热力学理论可知，(P,T,C)理想稀溶液：溶液中溶质i的化学势：(P0,T0,C1)过饱和溶液：（7）（6）三、溶液生长系统中的g定义：饱和比：（7）（6）由二元系的相平衡条件：

而：

(P0,T0,C0)：（8）（9）由二元系的相平衡条件：而：(P0,T0,C0)：（8）故：1mol(P0,T0,C1)液(P0,T0,C0)晶体：由定义：g=/N,T=T0∴（10）（11）——液相系统相变驱动力表达式故：1mol(P0,T0,C1)液(P0,T0,过冷度：Tm时的molH,S

：晶体——熔体两相平衡时：

按定义：∴移项：四、熔体生长系统中的g——名义驱动力过冷度：四、熔体生长系统中的g——名义驱动力即：在等温等压下：（12）（13）（13）代入（12）式：（14）2.在生长温度下，晶—熔两相的GTm：晶体不长也不熔；T<Tm：晶体生长此时，两相Gibbs自由能不再相等，其差值为：（15）即：在等温等压下：（12）（13）（13）代入（12）式：（实际生长中：ΔT较小，Tm≈T，可近似认