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08级晶体生长理论考试试题
08级研究生《晶体生长理论》考试试题
论述题（共100分，每题25分）
一、试述晶体生长的平衡形态理论。
二、试论述晶体界面模型的优缺点。
三、试从单原子（单分子）出发推导临界核原子团的大小和形核功。
四、晶体生长理论的基本科学问题有那些？
你认为那些问题有待进一步深入研究？
08级研究生《晶体生长理论》考试试题
论述题（共100分，每题25分）
一、试述晶体生长的平衡形态理论。
二、试论述晶体界面模型的优缺点。
三、试从单原子（单分子）出发推导临界核原子团的大小和形核功。
四、晶体生长理论的基本科学问题有那些？
你认为那些问题有待进一步深入研究？
第一章引论
§1.1晶体学发展简史
人类对晶体的认识是从具有规则外形的矿物岩石开始的。
早在史前，人类为了生存，用石头做成各种石器，作为劳动工具和自卫武器。
在采集石头的同时，也就发现了各种外形规则的矿物岩石。
例如，在我国周口店的中国猿人遗址中就有用水晶等矿物岩石做成的工具。
人们把这些有规则外形的矿物岩石叫做晶体，这是人类认识晶体的开始。
随着时间的推移，人们发现有规则外形的晶体种类越来越多，其中不少是对人类有用的矿物晶体。
经过长期的观察和比较，后来人们发现这些矿物晶体最具有代表性的特点，是各种晶体都有它特有的外形。
晶体结晶学作为一门科学萌芽于17世纪人们对矿物晶体外形的规则性研究。
1669年，意大利科学家斯丹诺（NicolausSteno）对水晶、金刚石，黄铁矿等各种晶体进行了大量的研究，发现了晶面角守恒定律。
当时，斯丹诺指出：
晶体是从外表面长大的，即新的物质包围在已经结晶的外表晶面上。
因此，各个晶面都按原来的方向平行地向外发展。
在生长过程中，各个晶面的大小虽然都在变化，但它们既然平行地向外发展，其间交角就不应当改变。
换句话说，对于同一物质的不同晶体，晶面的大小、形状和个数都可能不同，但相应的晶面之间的夹角都是固定不变的。
例如石英晶体（即水晶）可以有各种不同的外形[如图1.1所示]，但其中a和b面夹角总是141o47′,b和c面夹角总是120o00′，c和a面夹角总是113o08′。
图1.1石英晶体的外形
晶面角守恒定律的发现，使人们认识到可以从晶体外形来鉴别各种不同的矿物和其它晶体。
为此，法国学者得利[RomeDel'Lsle（1736～1790）]利用他的学生克兰诺（Carangeot）发明的测角仪，对大量矿物晶体进行了晶面角测定，得出了面角恒等普遍规律。
利用晶面角守恒定律进行晶体鉴定的方法很可靠，即使外形很相近的两种晶体也不会发生混淆。
例如，方解石有一个晶角为101o55′，而外形同它很相近的智利硝石，相应的晶面角是102o41.5′，其间之差不到1o，用肉眼是分辨不出来的，可是用测角仪却很容易发现它们的差别。
晶体面角守恒定律的发现促使人们注意到晶体内部构造问题。
即晶体为什么会有规则外形、它的内在本质究竟是什么。
一次偶然的事件成为认识晶体内部构造问题的启示。
17世纪，斯丹诺的老师丹麦学者巴尔托林[ErasmusBartolins（1625～1690年）]有一次在对晶体进行研究的时候，不慎将一大块的冰洲石晶体摔到地上。
他懊恼非常，因为冰洲石晶体是很难弄到的天然晶体，尤其是大块的。
当他以十分惋惜的心情扑到地上去捡拾冰洲石碎块的时候，他惊奇地发现所有的碎块都与大块的冰洲石晶体一样，具有规则的完全相同的斜方六面体外形。
这一意外的发现，使巴尔托林欣喜若狂，他不但不再为失手打碎冰洲石晶体而懊恼，甚至还特意把一块冰洲石再敲碎，看看是否也会得到形状相同的碎块。
结果他发现了晶体的解理性，即晶体总是沿一定的晶面碎裂。
遗憾的是，他没有再进一步思考这样继续碎裂下去最终将如何，以致使人们对晶体内部结构的认识推迟了100多年。
值得一提的是巴尔托林曾在1669年还发现，当光束通过冰洲石晶体时会分解成两束，它们沿着略微不同的方向前进。
离开晶体后，两束光的传播方向与原光束的传播方向平行（如图1.2所示），这就叫做晶体的双折射现象。
虽然之后不久，荷兰科学家惠更斯（Huigens）详细研究了石英、方解石等晶体的双折射现象，认为方解石是由菱形物质堆切而成的，但在相当一段时间内对晶体内部构造问题的认识没有大的突破。
尽管如此，面角恒等定律、解理现象、双折射现象的发现促使人们注意到晶体内部构造问题，从而奠定了结晶学、特别是几何结晶学的基础。
图1.2冰洲石晶体的双折射现象
1784年，法国科学家阿羽衣[RenejuitHaüg,1743～1826]仔细研究了晶体的解理性，提出了著名的晶胞学说。
他认为：
每种晶体都有一个形状一定的最小的组成细胞，叫做晶胞，大块晶体就是由千千万万个晶胞堆砌在一起而成的。
例如图1.3所示的是食盐晶体中
和
两种离子的规则排列的图形。
图1.3（b）是食盐晶体的一个晶胞图，图1.3（a）是由大
（a）晶胞原子堆砌（b）晶格结构
图1.3食盐晶体中
和
两种离子的规则排列
量的晶胞堆积成的大块晶体。
他的这一见解对晶体内部结构的探讨起到了启蒙的作用，可以说这是人类对晶体的认识由表及里的第一步猜想。
据此他提出了晶体具有对称性的推理，晶体的对称性不但表现在晶体的外观形貌，而且在物理性质方面也有所反映。
1805年德国学者魏斯（ChristianSamuelWeiss）就以实验证实了晶体中存在着不同的对称轴，于1815年提出了晶体分类，建议将晶体分为6个晶系后来被证实7大晶系（等轴晶系，四方晶系，六方晶系，三方晶系，斜方晶系，单斜晶系，三斜晶系）。
1818年他提出了一种标识晶体空间位置的方法，被称为魏氏符号，并发现了晶带定律。
19世纪初，几何结晶学得到了迅速发展，这是由于解析几何的发展应用于结晶学领域并且与精确而大量测量晶面角工作密切相关。
1880年德国学者米勒[WilliamHallowesMiller（1801～1880）]率先把解析几何应用到结晶学领域中，于1837年提出表示晶面空间位置的方法——米氏符号，一直沿用至今。
不久，人们认识到所有的物体都是由原子组成的。
法国科学家布拉维[A.Bravais（1811-1863）]由此得到启示，于1855年提出了空间点阵学说，并用数学方法导出晶体空间格子有十四种类型，称之为布拉维格子，按照其对称要素分属于7个晶系。
空间点阵学说认为：
在晶体内部，分子、原子或离子的排列是有规则的，构成一定形式的空间点阵，而所谓晶胞，就是其中一个小块的体积。
晶体的空间格子是代表晶体全部结构的缩影。
这种空间格子称之为晶胞，但晶胞的形状可以有多样，每个晶胞都应该能够代表晶体的结构特征。
1867年俄国学者加道林[АκсеΛъВиΛъгеΛъмовичТадоΛии（1828～1892）]用数学方法推导出晶体外形对称形式有32种对称性。
虽然许多学者对自然界矿物结晶学研究积累了大量的实际科学资料，但这些研究大多局限于实际观察的描述与记载,对形成机理的分析却较少，至19世纪中叶以后，几何结晶学才进入分析阶段，理论的总结与科学的推理才得到应有的重视。
现代结晶学家俄国学者费多洛夫（Ε.С.федоров，1853～1919）在结晶学各个领域中都有卓越的贡献，在几何结晶学和晶体构造理沦方面，他创立了平行面学说，推导出晶体构造对称230个空间群（1889年），并发现了结晶学极限定律。
1889年费多洛夫发明了双圈反射测角仪，极大地简化了晶体测角工作。
为研究晶体光学性能还发明了费多洛夫旋转台，在他的晚年又完成了一部巨著《结晶学》，这是一部晶体鉴定表。
19世纪末，有关晶体构造的理论准备逐渐成熟，空间点阵学说已为许多知名学者所承认，但仍缺乏足够的实验依据。
1912年德国学者劳埃（M．VonLaue）用实验所证实X射线通过晶体后发生衍射现象，从而证实了晶体确实具有规则的格子构造。
可以说1912年是结晶学发展划时代的一年。
自此以后，物理学家与结晶学家对晶体几何结晶学开展了大量的研究。
英国学者布拉格父子（W．HBragg和W．L．Bragg）、贝纳尔（J．D．Bernal）、伍士特（W．A．Wooster）和原苏联学者日丹诺夫（T．C．Жданοв）等人相继采用X射线研究晶体的内部构造，俄国学者吴里弗（T.B.ByΛьф，1863～1925）和英国学者W．H．布拉格及W．L．布拉格各自独立的推导出测定晶体构造中面网间距的公式，称之为吴里弗—布拉格公式。
在研究晶体内部结构的基础上出现了结晶学新的分支，即结晶化学。
随着晶体材料的发展，结晶化学越来越显示出它在科学与技术领域中的重要性。
吴里弗、W．H．布拉格、W．C．布拉格、尼格里（P.Niggli）、勃林（L.Panling）、戈尔施密特（V．M．Gotdsmidt）以及费尔斯曼（A．E．ферсман，1883～1945）等人对结晶化学的发展都做出了卓越的贡献。
吴里弗对于晶体生长理沦及晶体物理性质等方面进行了卓有成效的研究，在人工培育晶体方面进行了有实用价值的探讨。
他设计了水溶液法生长晶体的恒温器，至今仍为人们所运用。
原苏联学者舒布尼科夫（A．B．Шубникв）不仅对晶体结晶学作了许多研究，而且对晶体对称性、晶体生长，结晶光学以及压电性方面都做出了突出的贡献。
舒布尼柯夫是将晶体结晶学拓宽应用于工业技术上的先驱者，他创立了原苏联科学院结晶化学研究所。
原苏联晶体化学家别洛夫（H．B．БеΛов）对物质质点最紧密堆积原理做出精湛的研究成果，对离子晶体构造研究有启蒙的作用。
出版了《离子晶体和金属相结构》一书是别洛夫的巨大贡献。
晶体形态学是一种极为严谨的精细科学，在理论上，它是以物理学、化学、数学等为基础的。
早期晶体形态学研究的对象是天然矿物晶体，直至19世纪末对晶体形态的研究虽然能够做到由表及里，由宏观至微观的观察，但仍只限于对晶体静止形态的描述，对于晶体各面族显露大小差异的原因和同一种晶体处于不同的生长条件下可以出现千姿百态的结晶形态现象，还是处于只知其然、不知其所以然的阶段。
晶体形态的变化涉及到生长物理化学问题，有关晶体生长物化条件的研究是从人工晶体问世之后才真正开始的。
所以结晶化学的发展从17世纪中期到19世纪末方显得日臻成熟。
从1669年斯丹诺发现晶面角守恒定律开始，历经1784年阿羽衣的晶胞学说和1885年布拉维的空间点阵学说，到1889年费多洛夫的空间群理论，200多年的发展，晶体结构的几何理论基本上完成。
但是，随着现代科学的发展，晶体结构的几何理论也在继续发展。
例如，关于色群的研究已经在空间群基础上导出1651种苏布尼可夫群。
近年来，在准晶体研究中，进一步发现5次、10次、20次等旋转对称性，这又给晶体结构几何理论提出了更新的课题。
与此同时，晶体学的研究手段也得到迅速发展。
自1912年，德国科学家劳厄（MaxvanLaue）第一次做了晶体射线衍射实验，半个多世纪以来，x射线衍射方法至今一直成为研究晶体微观结构的最重要工具。
x射线结构分析方法也已经有了非常迅速的发展，并且积累了大量晶体结构的资料和经验。
现在，晶体结构分析方法中又有了中子衍射、电子衍射、光谱法等。
目前，用最先进的电子显微镜已经能够看到某些晶体中的原子。
各种分析方法相互补充，使人们对晶体结构的了解更加深入而精确。
§1.2人工晶体研究与发展[1]
长期以来，天然矿物晶体是大块单晶的唯一来源。
由于形成条件限制，大而完整的单晶矿物相当稀少。
某些罕见宝石单晶，如钻石、红宝石、蓝宝石、绿宝石等，大都成了稀奇的收藏品、名贵的装饰品和博物馆中的展览品。
发现一些单晶具有宝贵的物理性质及其应用价值是最近一个多世纪的事。
随着生产和科学技术的发展，人们对单晶的需求日益增加。
例如加工工业需要金刚石，精密仪表和钟表工业需要红宝石作轴承，光学工业需要大块冰洲石制造偏光镜，超声和压电技术需要压电水晶等。
但天然单晶矿物无论在品种、数量和质量上都不能满足日益增长的需求。
于是人们想方设法用人工办法合成单晶，促进了人工晶体的迅速发展。
该项工作是由19世纪初期开始的，用熔焰法生长晶体始于1902年，水热法生长出现于1905年，提拉法始于1917年，区熔法发展于1952年。
目前人们已发明和设计出包括提拉法、下降法、水溶液法、助溶剂法、水热法、CVD法、导模法、冷坩埚法及分子束外延法在内的三四十种方法。
人工生长晶体材料从传统的块状晶体发展到具有量子阱效应和超晶格结构的薄膜晶体。
随着现代科学技术的发展，不仅对新的晶体材料的要求越来越多，对晶体材料的纯度、均匀性、组织结构等方面的要求也越来越苛刻，还发展了光子晶体并正在研究智能晶体。
目前人工晶体无论在品种、质量上还是在数量方面已远远超过了天然晶体。
1.2.1从天然晶体到人工合成晶体
19世纪中叶到20世纪初，地质学家在探索矿物在自然界中成因时发现，许多矿物是在水相和高温高压条件下形成的，于是就设法在实验室条件下合成这些晶体以证实他们的理论。
这些研究积累了大量有价值的资料，为水热法合成水晶打下了基础。
此后由于压电晶体的技术应用和经济价值，该方法得到广泛发展，成为长盛不衰的生产水晶的主要方法。
20世纪初，维尔纳叶发明了焰熔法来生长红宝石，并很快投入工业生产。
此后至二十世纪30年代，对晶体的各种生长方式进行了研究，许多重要的晶体生长方法大都在这一时期研究成功。
现代晶体生长方法和技术在二战期间有很大发展。
由于电子学、光学和科学仪器对各种单晶的需求，使晶体生长技术发展到一个高水平，以满足对单晶尺寸、质量和数量不断增长的要求。
如压电水晶大批量的水热合成、水溶性压电晶体的生长、绝缘材料云母的合成都在这期间发展起来。
二十世纪50年代最突出的进展是，成功地将熔体提拉法和区熔法用来制备并提纯出锗和硅单晶，为半导体单晶的研究应用，以及微电子学的发展开辟了广阔前景。
目前半导体单晶已成了继人造宝石和人工水晶之后生产规模最大的商品晶体。
另一个突破是1955年高压合成金刚石获得成功，目前工业上用的金刚石大多由人工合成而成。
1960年在红宝石晶体上首次实现了光的受激发射，激光的出现和应用推动了人工晶体的发展。
此后，许多自然界没有的激光晶体、非线性光学晶体，以及装饰宝石晶体先后被合成，其中有些已得到广泛应用并投入批量生产。
我国现代人工晶体研究起步较晚，二十世纪五十年代后期有较大发展。
目前，主要依靠自己的技术，已成功合成了几乎所有重要的人工晶体，许多晶体的尺寸和质量达到了较高水平，享誉国际市场。
其中偏硼酸钡（BBO）和三硼酸锂（LBO）由我国首先研制成功；用下降法大规模生长锗酸铋（BGO），用助熔剂法批量稳定生长磷酸钛氧钾（KTP）的技术由我国首先开发成功。
经过近半个世纪的发展，我国人工晶体在国际上已占有一席之地[2]。
1.2.2从电子材料到光电子材料
人工晶体是一类重要的功能材料，它能实现光、电、声、磁、热、力等不同能量形式的交互作用和转换，在现代科学技术中应用广泛。
电子材料基于1920—1940年代的固体基础科学研究及早期的固体材料和器件研究，如天然压电水晶，硒整流器等。
1948年半导体效应的发现及随后半导体晶体管的发明使电子工业发生了革命，从晶体管到集成电路的飞速发展，从根本上改变了电子工业的面貌，半导体材料成了电子材料的主体。
其中最重要的是作为集成电路衬底材料的硅单晶。
硅单晶工业是目前IT产业的支柱，以硅为材料的器件产值约占半导体器件总产值的95％，在可预见的将来，硅材料仍将主宰计算机和消费类电子产业。
且随着IC集成度的提高，芯片面积增大，要求晶片直径也越来越大。
如果说计算机的应用驱动了IC半导体——硅单晶的发展，那么移动电话的兴起带动了射频（RF）半导体的发展。
RF半导体主要指用于制作高频电子器件（模拟数字转换器、振荡器、低噪声放大器、发射器、接受器等）的化合物半导体，如GaAs，InP及其多元固溶体AlGaAs，GaInP等，还有适于作多种功率器件的宽禁带高温半导体SiC等。
水晶是经久不衰的电子材料。
自1880年发现其压电效应以来，作为理想的压电材料，一直是电子工业的支柱。
人工合成水晶始于1905年，二战前后由于通信技术制作谐振器和滤波器的需要，人工合成水晶得以迅速发展。
1970年代，随着石英电子表的问世，人工水晶掀起第二次高潮。
1980年代无绳电话和传呼机兴起，人工水晶又出现第三次高潮。
1990年代移动电话的迅猛发展，对声表面波滤波器（SAW）的需求剧增，人工水晶研究再掀高潮。
各种新电子产品的涌现，对人工水晶需求量持续增长，也不断提高了对其质量和尺寸的要求。
手机的飞速发展也给其它压电晶体带来发展机遇。
如市场对高频SAW器件的需求，使得大尺寸钽酸锂单晶供不应求，同时也刺激了有望用于SAW器件的新型压电晶体材料的研究和开发，涌现了如La3Ga5SiO14，La3Ga5-xALxSiO4等的系列晶体。
虽然单晶仍是今天电子材料的主角，20世纪下半叶以来，主要作为电子材料的人工晶体，开始逐步向光电子材料和光子材料发展。
随着IT技术的发展，光子继电子之后也成为信息的主要载体。
靠电子与光子共同完成信息的获取、传输、储存、显示、处理的材料称为光电子材料，它是随光电子技术的兴起而发展起来的。
化合物半导体单晶是最重要的光电子材料，发光二极管和激光二极管（LED，LD）是其最重要的应用。
化合物半导体由于其能带结构上的特点，可以通过变动组分来调节带隙，即所谓“带隙工程”。
LED和LD具有体积小，耗电少，寿命长及可靠性高等特点，广泛用于全色显示、高密度信息存储、交通信号灯和刹车灯、家电、仪器、仪表指示等，市场容量巨大。
首批商用LED始于1962年，经过30多年发展，材料体系逐步改进，发光效率逐步提高，特别是红光LED的发光效率差不多每十年提高一个数量级。
进入二十世纪90年代，蓝光材料才取得突破性进展，ZnSe/GaAs首先发出蓝光，GaN后来居上，基于InGaN体系的蓝和绿LED也开始实现产业化。
不断提高发光效率和功率，降低成本．研制可用于照明的白色LED是当今的热点。
和LED一样，LD的波长也由化合物半导体的带隙决定，并可运用带隙工程，通过改变固溶体的组成和晶格常数进行设计和调整。
目前LD的波长已覆盖了从紫外到近红外的波段。
LD问世以来，除波长不断扩展外，结构也在不断发展。
二十世纪70年代的LD是双异质结激光器，80年代主流是量子阱激光器，90年代主要则是垂直腔面发射激光器、量子点激光器和量子级联激光器。
在光通信中，波长为1.55微米的InGaAsP/InP激光器是光通信的光源；波长为980纳米的InGaAs/GaAs激光器被用来泵浦掺铒光纤放大器；LD使光盘存储技术实用化，第三代光盘存储技术的形成也以LD波长的缩短（从0.8到0.66微米和0.5微米）为标志；用LD来泵浦激光晶体使固体激光器发生革命性变化，诞生了紧凑、稳定、高效、长寿命、可靠性好的全固化激光器，使固体激光器技术向前推进了一大步。
用先进外延技术在单晶衬底上生长和制备各种具有器件结构的多层单晶薄膜是化合物半导体光电子材料的特点。
可见单晶薄膜也是光电子材料的基础。
光子材料是指利用光子和光相互作用来实现信息的产生、传输、存储、显示、探测处理的材料。
与电子材料相比，光子作为信息载体响应速度快，信息容量大。
但光通信技术的实现首先有赖于发现、研制和生产可靠性和经济性都好的光子材料——光纤，其次是解决光通信中两个关键技术，掺铒光纤放大器（EDFA）和密集波分复用技术（DWDM），使光通信网络在全球迅速扩展。
EDFA和DWDM的结合是光纤通信近期发展的重要方向，该系统需要大量光网络元器件，而这些光学元件的制作都离不开光电子材料和光子材料，其中大部分是人工晶体。
非线性光学晶体也是重要的光子材料，利用激光与晶体的非线性相互作用，扩展激光的有限光谱范围，是非线性光学晶体最重要和成熟的应用。
在光纤通信系统中用得最多、作为光调制器和光波导的非线性光学材料是铌酸锂（LiNbO3）晶体。
由于光网络逐渐向全光方向发展，光集成技术日趋成熟。
与硅单晶大量用于集成电路的芯片相似，未来的集成光路也需要大量高质量晶片作为光子器件衬底（光芯片）。
预计人工晶体在未来的光子材料中仍将起着重要作用。
1.2.3人工晶体发展展望
21世纪飞速发展的科学技术，特别是生物技术、信息技术、纳米科技和环境科学，在社会经济发展中起着越来越重要的作用，新形势下探讨人工晶体的发展动向，有利于把握其方向和机遇。
1.2.3.1单晶生长向更大、更完整、更难驾驭的方向发展
在新世纪，体块单晶的生长仍是晶体生长的基础，但对尺寸和质量要求越来越高。
硅单晶即是一个突出例子。
随着IC集成度的提高，管芯面积增大，要求单晶圆片直径越来越大，硅单晶尺寸已发展到12英寸（1英寸=2.54厘米），并逐步向18英寸过渡，与此同时对硅单晶的完整性提出了更高要求，这是因为硅材料中缺陷的平均密度和IC成品率是一个倒指数关系。
激光惯性压缩核聚变需要300毫米大口径晶体倍频器件，也推动了我国四槽流动法生长KDP大晶体技术的诞生。
LiNbO3是应用十分广泛的多功能晶体，光通信用波导需要高光学质量的近化学计量比（Li2O:
Nb2O5=1:
1）单晶体，这种大单晶需要采取特殊的生长技术，如自动加料双层坩埚提拉法来生长。
SiC单晶是宽禁带高温半导体材料，也是第三代半导体的关键材料。
因受Si和C体系相平衡的限制，SiC单晶主要采用物理气相传输法生长，掺杂和微观缺陷的控制是生长SiC单晶的技术关键。
目前只有极少数国家能生产2—3英寸的SiC单晶，并且视同战略物资严格控制。
科技发展对单晶的尺寸、完整性提出越来越高的要求。
晶体生长有尺寸效应，大尺寸和高质量往往相互制约，一般来说，大晶体缺陷要比小晶体多，因此高质量的大单晶生长是晶体生长的一项高难度的技术。
1.2.3.2薄膜晶体的制备向材料和器件一体化方向发展
体块单晶生长周期长，加工困难。
许多晶体如金刚石，Ⅱ—Ⅵ化合物，Ⅲ族氮化物等均难以获得均匀完整的大单晶，因此促进了薄膜晶体的发展。
各种功能薄膜如雨后春笋般涌现，如磁性薄膜、超导薄膜、铁电薄膜、液晶、薄膜晶体管和金刚石薄膜等，薄膜晶体是人工晶体的重要发展方向。
在同质或异质衬底上单晶外延则是生长薄膜晶体的主要手段，许多重要晶体因无法获得体块单晶，往往需要在异质单晶衬底上生长薄膜晶体，因此两者晶格匹配情况对外延层的质量影响很大。
例如，外延GaN薄膜时，常用的蓝宝石衬底因晶格失配而造成外延层的位错密度高达108／厘米2。
如改用SiC则失配大为减少，外延层质量明显提高。
最近金刚石纳米单晶膜可以在Si片台阶上成核生长得到验证[2]，为今后在Si衬底上获得外延金刚石单晶膜指明了方向。
在衬底单晶上外延生长各种器件结构的外延层，使材料器件一体化，是用先进外延技术生长薄膜晶体的一大优点。
在异质外延生长技术中，外延层和单晶衬底的最佳配合是关键。
1.2.3.3人工周期微结构与光子晶体
半导体超晶格的周期为纳米量级，可与德波罗意波长相比拟，因此产生一系列新的量子效应，半导体超晶格也可称为纳米超晶格。
与此相似，在介电材料中，重要的物理过程是经典波，如光波和超声波的传播与激发过程；在具有调制结构介电晶体中，与微米量级的调制周期相应的倒矢量将参与经典波过程，并产生重要的光学和声学效应，因而将这类人工微结构材料称为微米超晶格或介电超晶格[3]。
微米超晶格可在压电、铁电晶体生长过程中利用生长条纹制备，即聚片多畴晶体，也可利用电极化技术制备（周期或准周期极化）。
此外，还可利用光折变晶体的光折变效应制备。
微米超晶格可使非线性光学晶体实现准相位匹配（QPM），这就意味着可利用晶体中无法实现相位匹配的最大的非线性光学系数，如铌酸锂晶体中的d33，通过QPM使倍频效应大大增强，同样也可以产生具有高转换效率的耦合的其它光参量过程。
这类微米超晶格也称为光学超晶格。
无论是半导体的纳米超晶格，还是介电晶体的微米超晶格都是在晶体的晶格上形成的人工周期或准周期微结构。
半导体中存在
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