溶液法晶體生長中薄表面層形成及生長機理研究

《溶液法晶體生長中薄表面層形成及生長機理研究》是依託重慶大學，由李明偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：溶液法晶體生長中薄表面層形成及生長機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李明偉
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

溶液法晶體生長是一個典型的熱力學一級相變過程，應遵循熱力學基本原理。但溶液法晶體生長中出現的薄表面層生長現象，是一個至今未能給予合理解釋的奇特現象。它有悖於熱力學的基本原理，即定溫定壓系統中自發過程朝吉布斯自由能降低的方向進行。本項目通過理論分析、實驗並結合數值模擬對該問題開展研究，具有重要的學術價值和科學意義。項目從棱邊台階產生機制入手，提出一個棱邊台階產生模型； 通過統計熱力學密度漲落計算和線性穩定性分析，結合晶面近棱邊區域實時和非實時的顯微觀察實驗和數值模擬，探尋台階在棱邊產生的原因，進而分析薄表面層形成機理；提出一個薄表面層生長假說，並通過薄表面層生長實驗予以檢驗，希望從新的視角對薄表面層生長機制給予闡釋；探尋一種抑制薄表面層形成和生長的方法，以改善成帽過程，提高晶體的利用率，如果該方法能取得進展，對於像我國這樣仍利用傳統生長方法生長KDP晶體的國家來說，有重要的現實意義。

結題摘要

溶液法晶體生長是典型的熱力學一級相變過程，應遵循熱力學基本原理。但溶液法晶體生長中出現的薄表面層生長現象，是一個至今未能給予合理解釋的奇特現象。它似有悖於熱力學的基本原理，即定溫定壓系統中自發過程朝吉布斯自由能降低的方向進行。本項目通過理論分析、實驗並結合數值模擬對該問題開展研究。首先從棱邊稜角在薄表面層生長中的特殊作用考慮，開展了棱邊稜角特殊處理後薄表面層生長實驗，用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察薄表面層形成初期的特性實驗，結合數值模擬對薄表面層形成和生長機理給予了分析。開展了各種非完整形態晶體薄表面層生長實驗。進行了薄表面層生長動力學理論計算。對z切片、非完整晶體、噴流和帶錐台托盤下溶液流動及物質輸運開展了三維時相關數值模擬。獲得了一些有重要意義的結果：發現稜角作為相鄰棱邊及晶面聯接的重要部分, 在 Z 切片對其原有形態的“判斷”中起“信息傳導作用”，而棱邊在薄表面層形成和生長中是物質基礎；提出了非完整晶體恢復中薄表面層生長的最小凸多面體原理；發現非完整晶體似乎有“感知”能力並存在“恢復勢”，“恢復勢”是薄表面層生長的驅動力，而棱邊稜角處的過飽和度並不高，過飽和度應不是薄表面層生長的驅動力。獲得了體擴散機制下薄表面層生長速度和動力學係數的表達式，找到了薄表面層穩定生長的動力學條件；獲得了薄表面層生長的臨界厚度及形成能。