本教程第一章至第五章是电子技术课程设计的基础，通过常用电气元器件的识别、装配与焊接基础知识介绍和学习，将基本概念、基本原理渗透到具体的电子技术课程设计操作中，并熟悉其操作规程，以达到巩固理论知识和掌握课程设计综合实践技能训练的教学目的。第六章至第七章为电子技术课程设计项目应用。

　　南京大学教授，中国科学院院士，第三世界科学院院士。曾任南京大学固体微结构国家重点实验室主任、学术委员会主任教育部“材料科学与工程教学指导委员会”主任，中国晶体学会理事长。于1998年获“何梁何利科学与进步奖”，1999年获第三世界科学院基础科学奖——物理奖，2006年获国家自然科学一等奖，2009年被评为“新中国成立以来江苏省十大杰出科技人物”

封面 序 序言 目录 绪论 第一章 温场和热量传输 第二章 溶质分凝和质量传输 第三章 热量、质量的混合传输 第四章 生长速率起伏和生长层 第五章 界面稳定性和组分过冷 第六章 相平衡和相图 笫七章 界面的宏观性质与微观结构 第八章 成核 第九章 生长动力学 第十章 生长过程中位错的产生、延伸和分布 主要参考文献 索引

　　序 　　闵乃本先生的专著《晶体生长的物理基础》再次出版了。该书首次出版是在1982年，由上海科学技术出版社出版，并于次年获全国科技图书一等奖。这次重新出版保持了原版的体系和特色，并补充了先生生前百忙之中对原书亲自做的仔细校订与补充，使得读者在使用该书时更方便。这次再版既满足了晶体界与材料界对一本高水平晶体生长教科书和参考书的期待，也了却了先生生前为了呼应同行们的需求而将其修订出版的心愿。 　　闵先生一生追求科学，兴趣广泛，对诸多领域都有涉猎，但最成系统、最有影响的贡献涉及两个方面，一是以介电体超晶格为代表的微结构科学，二是有关晶体生长机制的理论。貌似相隔甚远的两个方向，先生以科研实践将其关联了起来。正是基于闵先生晶体生长理论与技术研制出的聚片多畴铌酸锂晶体，成为了两者之间的桥梁，这推动了二十世纪八十年代初，南京大学利用该晶体实现了激光倍频增强实验，明确验证了由诺贝尔奖获得者Bloembergen等人1962年提出的非线性光学中的准相位匹配理论。八十年代中期，闵先生在上述工作基础上提出了介电体超晶格的概念,并组建团队发展出了光学超晶格、声学超晶格和离子型声子晶体三类微结构材料体系。这些工作早于国际上提出光子晶体、声子晶体和超构材料等，为国际上微结构功能材料研究的快速崛起做出了贡献，也奠定了我国在这一领域的国际学术地位。这方面的系统工作曾获2006年度国家自然科学一等奖。 　　闵先生对晶体生长的研究其实比介电体超晶格更早。1959年闵先生大学毕业留校工作，在冯端先生带领下，他闯入了当时在国内尚是空白的晶体缺陷领域。他与同事一起设计了我国第一台电子束轰击仪，成功地制备了难熔金属单晶体，获得国家科技产品二等奖。到1965年，他在晶体缺陷领域的研究已经达到国际领先水平。二十世纪七十年代以后，半导体和激光技术的发展，使中国的科学家敏锐地觉察到人工晶体的重要性。闵先生转而开始了对激光与非线性光学晶体生长的研究。当时不仅国内没有晶体生长机理的系统理论，国际上也没有建立，这完全是一片尚未开发的处女地。先生萌生了将自己平时的讲义完善成一本包含晶体生长系统理论的教科书和参考书的想法，并随之将其付诸实践。正如闵先生自己在本书初版的序言中所述，当时“这门学科国内尚无专著，在国外也找不到一本较为系统的参考书”，所以难度可想而知。闵先生正是靠着自己扎实的物理功底、超人的悟性以及多年的实践经验，系统地总结了不同条件下晶体生长规律，发展和完善了完整晶体、缺陷晶体的生长理论，完成了该书的写作。其实这已不是一般意义上的教科书，而是他自己对晶体生长的理解和十多年研究成果的系统总结。1982年，41万字的专著《晶体生长的物理基础》问世，成为当时国际上第一本全面论述晶体生长的理论专著。尽管该书成书较早，但到目前为止，该书仍是阐述晶体生长物理和技术的几本有特色的专著之一，其他的有：F．Rosenberger著的Fundamentals of Crystal Growth（Springer，1979）；A. Pimpinelli和J. Villain著的Physics of Crystal Growth（Cambridge University Press，1998）；以及Ivan V. Markov著的Crystal Growth for Beginners（World Scientific，1995）。其中犹他大学的Rosenberger教授（罗森伯格，美国晶体生长协会副主席）著的Fundamentals of Crystal Growth虽然出版于1979年，但由于历史的原因，闵先生是直到他专著完稿后才看到此书的（当时罗森伯格也只完成了三卷中的第一卷）。有趣的是在1982年到1984年期间，闵先生应罗森伯格教授的邀请去犹他大学做访问研究，罗森伯格在他的课堂上拿出先生的专著向学生介绍:“在晶体生长这一领域里，目前全世界可称为专著的只有两本，一本的作者是我，另一本的作者是闵教授。现在我们同时出现在你们面前给你们讲课，你们是多么幸运啊!”这段插曲已成为中美晶体生长界交流历史上的一段佳话。《晶体生长的物理基础》在晶体研制大国日本也产生了很大影响，著名晶体学家、东北大学教授砂川一郎在《日本结晶成长学会志》(Vol.10，No. 34，P.21）的书评中指出：“……该书内容新颖而且系统，包含了非常高深的内容，而且以一个完整的思路全面阐述了晶体生长学。例如，我们知道的有关成核、晶体生长机制、界面结构和形貌学等方面的理论和计算机模拟的结果都收集在该书中。通览一下该书主要参考书目的内容，也能知道无论在深度还是广度上，作者对晶体生长的理解都是十分透彻的。”中国晶体学的奠基人之一钱临照先生专门为该书写了书评，称之为“国内第一本全面论述晶体生长的理论专著……在此领域国际上也不多见”（见《物理》14卷第7期）。作为一本广受欢迎的教材和参考书，这本书也的确担当了相应的历史责任，培养了好几代中国材料物理和晶体生长领域的工作者。 　　从二十世纪七十年代开始，闵先生花了近十年时间才完成了《晶体生长的物理基础》一书，其中遇到的困难不计其数，在那特殊的历史时期，这过程犹如凤凰涅槃。八十年代开始，情况好转，闵先生的研究受到国际同行越来越多的关注。1982年到1984年，先生应罗森伯格教授邀请以访问学者的身份到美国犹他大学做合作研究。在此期间，他成功地解释了晶面热致粗糙化的难题，修正了晶体生长的“杰克逊”理论，其研究被誉为“近十年来晶体生长领域最好的研究成果”，他也因此获得美国犹他大学和黑格斯公司联合设立的“大力神”奖。八十年代，闵先生在晶体生长研究方面最重要的贡献是提出与建立了系统的晶体生长的缺陷机制理论。早在1949年，晶体学家Frank就提出了晶体生长的螺位错机制，在七八十年代，人们陆续观察到不仅是螺位错，刃位错、层错、孪晶等缺陷在晶体生长过程中都有作为生长台阶源的迹象，然而一直没有进行深刻的理论解释。闵先生基于缺陷引起的点阵畸变以及缺陷邻近原子组态的分析，将螺位错机制推广为包括刃位错、混合位错、层错、孪晶等在内的更为普遍的缺陷机制，给出了实际晶体生长的缺陷机制理论［J. Crystal Growth 128（1993）104112； ibid， 115（1991）199202； ibid.，87（1988）1317； ibid.，91（1988）1115）］。根据这些机制，任何可以在晶体生长表面提供台阶源的缺陷都能为晶体生长做出贡献,这些台阶源包括完全台阶和不完全台阶(亚台阶）等，这一机制的建立成为经典晶体生长理论近几十年来最重要的发展之一。在不同的应用场合，先生提出的生长理论分别被称为“闵氏孪晶片理论”“亚台阶机制/理论”等，并被应用到了片状银盐制备、蛋白质晶体生长、纳米材料制备、驰豫铁电体制备、金刚石生长和光电功能晶体生长等广泛体系中。 　　由于《晶体生长的物理基础》成书较早，上述介绍的先生自1982年以后在晶体生长方面的诸多贡献未来得及收录到这本书中。先生生前也曾着力筹划为本书增添几个章节，把最新的成果与进展收录进来，使得书中介绍的晶体生长机制体系更加完整。东风无力管苍天，非常遗憾先生的这一夙愿最终还是没能实现。现在将《晶体生长的物理基础》以先生亲自修订过的形式再版也是对先生的一种追思，先生开创的事业必将发扬光大、后继有人。 　　借此机会，我要感谢师母葛传珍老师，她对本次出版提出很多宝贵意见，并提供了珍贵的照片与资料，更重要的是她对我们给予了充分信任与支持。一辈子与先生的朝夕相处，患难与共，乃至曾经的参与，使得她对此书有特殊的理解与感情，对书中的公式也一一作了核对，找出印刷中的疏漏，这都感染了我们努力把事情做好！感谢朱永元和姚淑华两位老师，他们对书稿进行了详细的校验，提出了许多好建议。感谢先生的诸多学生和同仁对这事的关注与鼓励，没有大家的理解和共同努力，这项任务是很难完成的。感谢编辑王南雁女士和吴汀先生，你们不辞辛苦一遍又一遍与我们沟通，提供建设性方案，体现了专业水平和敬业精神。 　　祝世宁 　　2019年8月于南京

　　要得到优质晶体，在晶体生长系统中必须建立合理的温度分布。在气相生长和溶液生长系统中，由于饱和气压和饱和浓度与温度有关，因而生长系统中温度分布对晶体生长行为有重要的影响。在熔体生长系统中，温度分布对晶体生长行为的影响却更加直接。而熔体生长中应用得最广的方法是直拉法生长（Czochralski growth，crystal growth by pulling）。直拉法生长对当代信息技术的进步作出了重要贡献，随着芯片集成度的提高，直拉法生长能够及时地提供直径足够大的、高度完整的Si单晶体，以保证芯片集成度提高的同时，其成本仍能持续降低。二十世纪六十年代以来，芯片集成度每18个月翻一番，而其性能价格比仍能每年以25％～30％的速率指数增长，这应归功于直拉法生长提供了直径愈来愈大（当前直径已达12英寸，约300mm）的Si单晶基片。因而直拉法生长是最重要的晶体生长方法。本书从第一章至第五章讨论晶体生长系统中热量、质量、动量传输时将特别关注于直拉法生长系统。在本章中我们讨论直拉法生长的温度分布和热量传输。但是本章中分析问题的方法以及所得的主要结论，同样适用于其他熔体生长方法。 　　第一节 炉膛内温场的描述 　　一、温场 　　在单晶炉的炉膛内存在不同的介质，如熔体、晶体以及晶体周围的气氛等。不同的介质具有不同的温度，就是在同一介质内，温度也不是均匀分布的。显然，炉膛内的温度是随空间位置而变化的。在某确定的时刻，炉膛内全部空间中每一点都有确定的温度，而不同的点上温度可能不同，我们就把温度的空间分布称为炉内温场（temperature field in furnace）。一般说来，炉内温场随时间而变化，也就是炉内的温度是空间和时间的函数，这样的温场称为非稳温场（non-steady temperature field）。若炉内温场不随时间而变化，即温度分布与时间无关，这样的温场称稳态温场（steady temperature field）。