晶界知识整理

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1、一、晶体生长二、过冷度三、晶向与界面四、晶界结构生长界面结构决定了晶体生长机制。界面的稳定性关系到晶体生长的完整性。晶体的生长形态取决于各个晶面的相对生长速率。对于晶体生长而言：固液界面在宏观上是凸形、凹形还是平坦面，在界面上有无小界面出现、流体中对流的大小、体系的热稳定性等。随着对非平衡态下生长的晶体的形貌研究的深入，枝晶则普遍用于指有明显主干的树枝状晶体。枝晶是单向凝固界面形态最典型的结构特征，胞晶可看作枝晶的特例。这些复杂的界面形态都是在平界面失去稳定性的条件下，经历一个与时间相关的非稳态过程，最后形枝晶成稳态的枝晶形态。通过硅锭侧面大晶粒方向可以辨认大部分走向为垂直于底部生长。表

2、明目前生长界面可以控制形成微凸，侧壁晶粒的数目减少。可以有效减少光生载流子在斜向晶界处的复合。物质从液体转变液体为晶体的过程叫做结晶。每一种物质都有一定的平衡结晶温度或固体实际结晶温度总是者成为理论结晶温度。低于理论结晶温度的，这种现象成为两者的温度差值被过冷现象。称为过冷度固相的自由能较低,而液相自由能与固相自由能之差就是使晶体生长过程得以进行的驱动力。当压力和熔体成分恒定时,这种自由能之差就表现为熔体的过冷度,也就是熔体偏离其平衡状态结晶温度的程度。•但是实际上，要冷却到比相变温度更低的某一温度例如C，(气-液)和E(液-固)点时才能发生相变，即凝结出液相或析出固相。这种在理论上应发

3、生相变而实际上不能发生相转变的区域(如图所示的阴影区)称为亚稳区。•亚稳区的特征：(1)亚稳区具有不平衡状态的特征，是物相在理论上不能稳定存在，而实际上却能稳定存在的区域；(2)在亚稳区内，物系不能自发产生新相，要产生新相，必然要越过亚稳区，这就是过冷却的原因；(3)在亚稳区内虽然不能自发产生新相，但是当有外来杂质存在时，或在外界能量影响下，也有可能在亚稳区内形成新相，此时使亚稳区缩小。单元系统相变过程图如果晶体生长过程中冷却速度较快，饱和热点缺陷聚集或者他们与杂质的络合物凝聚而成间隙型位错环、位错环团及层错等。1、冷却速度越快，材料的过冷度也会相应的增加，可以通俗的理解为随着冷却速度的

4、增加，材料的结晶形核过程会有相应的时间滞后性，就会造成过冷度增加。2、随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。3、过冷度增大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。晶面指标为（hkl）表示该晶面族中，离坐标原点最近的晶面与坐标轴a,b和c的截距分别为1/h,1/k和1/l，如图2.7的晶面指标hkl为（134）。如果某个晶面指标为0，则表示该晶面与相应晶轴的截距为0，即平行于该晶轴。例如，（100）、（010）和（001）晶面分别平行于b

5、c、ac和ab轴。图2.8示意了沿c轴方向投影的若干平面点阵的取向。各晶面的各生长速度不同，面密度大的晶面，面间距也大，晶面间原子的吸引力小，形成新的晶面困难，因此生成这种晶面需要的动力—过冷度大些。由于原子的面密度大，间距小，原子之间吸引力大，晶面的横向生长速度快，放出的结晶潜热多。只有比较大的纵向温度梯度才能及时散掉这些热量，达到温度平衡。直拉法生长单晶硅的热场，沿[111]晶向生长的纵向温度梯度大于沿[110]晶向生长的纵向温度梯度，沿[100]晶向生长的纵向温度梯度最小。多晶硅片不同位置的X射线衍射结果表明：刚开始生长时，<111>晶向由于表面能低占据优势；要想得到其它晶面占

6、尤的硅锭，需改变晶体生长过程的过冷度。晶核形成速度快，晶体生长速度慢：晶核数目多，最终易形成小晶粒；晶核形成速度慢，晶体生长速度快：晶核数目少，最终易形成大晶粒；•(1)反应体系的温度要控制得均匀一致，以防止局部过冷或过热，影响晶体的成核和生长；•(2)结晶过程要尽可能地慢，以防止自发成核的出现，因为一旦出现自发的晶核，就会生成许多细小晶体，阻碍晶体长大；•(3)使降温速度与晶体成核、生长速度相配匹，使晶体生长得均匀、晶体中没有浓度梯度、组成不偏离化学整比性。非均匀成核a过冷度：过冷度越大，越容易成核。b外来物质表面结构：θ越小越有利。c外来物质表面形貌：表面下凹有利。凹面杂质形核效

7、率最高，平面次之，凸面最差。晶体缺陷分类及特征：[1]点缺陷（pointdefect）：特征是三维空间的各个方面上尺寸都很小，尺寸范围约为一个或几个原子尺度，又称零维缺陷，包括空位、间隙原子、杂质和溶质原子。[2]线缺陷（linedefect）：特征是在两个方向上尺寸很小,另外一个方面上很大，又称一维缺陷，如各类位错。[3]面缺陷（planardefect）：特征是在一个方面上尺寸很小,另外两个方面上很大，又称二维缺陷，包括表面、晶