溶液晶体生长相界面对流输运对晶体表面形貌的影响研究

溶液晶体生长包括两个过程：扩散过程和反应过程，二者对晶体生长的速度和质量都有至关重要的影响。扩散过程是指溶质分子从溶液体相输运到晶体表面的过程，与相界面附近的物质输运过程密切相关。输运过程对生长晶体速度和质量的影响，可以借助于联系其间的桥梁-晶体表面形貌来研究。因此，开展晶体生长相界面对流输运对表面形貌的影响研究，是快速生长高质量晶体的前提，有重要科学意义和实际应用前景。本项目利用线性稳定性理论和里亚普诺夫稳定性理论开展剪切流和震荡流下晶体表面形貌稳定性分析；同时借助于数值模拟和AFM扫描，对剪切流和提出的一种新的溶液晶体生长方式，开展不同流动方式对晶体生长表面形貌影响的研究。希望总结出剪切力和过饱和度对形貌稳定性影响的特性和规律；力争找到适合晶体生长的相界面对流输运条件，使晶体生长速度提高的同时，生长晶体的质量得到保证。

本项目对溶液晶体生长所包括的两过程（“扩散过程”和反应过程）之“扩散过程”开展研究。“扩散过程”是指溶质分子从溶液体相输运到晶体表面的过程，与相界面附近的物质输运过程密切相关，对晶体生长的速度和质量都有重要影响。本项目借助于联系其间的桥梁——晶体表面形貌，开展对流物质输运对晶体生长速度和质量影响的研究。通过理论分析、实验和数值模拟，并借助于原子力显微镜（AFM）扫描，研究一些可改变晶体相界面附近流动特性的新的生长方法对晶体生长的影响。提出一种能周期性地改变晶体表面剪切流方向的全新晶体生长方法，即三维（及二维）运动晶体生长方法。实验和数值模拟均表明，该方法较传统晶体生长方法，在生长速度和质量上都有提高。提出的一种振荡流加行星运动方式，也可避免传统方法中表面过饱和度的大幅波动。晶体生长界面实时原位AFM扫描发现一些新的微观现象：提出刃位错成核的“记忆功能”；刃位错成核生长存在“孕育期”；发现矩形螺旋台阶推移速度和长度的关系不遵循吉布斯-汤姆逊法则，吉布斯-汤姆逊法则值得商榷；观察到一些常见缺陷，如空洞、液体包裹物和固体包裹物的形成过程；这些结果目前还未见相关报道，是本项目的创新点，对晶体生长实际有指导意义。同时，计算得到一些相变的热力学和动力学参数。发表论文15篇，其中SCI收录3篇，EI收录15篇，申请专利1项。培养博士和硕士研究生共9人。