晶格中的缺陷和扩散

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1、晶体中的缺陷和扩散（1）掌握线缺陷、面缺陷、点缺陷的概念和基本的缺陷类型。（2）了解扩散及微观机理。（3）了解位错的物理特性。（4）大致了解离子晶体中的点缺陷和离子性导电。2.看引言1.考试大纲要求3.涉及这些缺陷的物理现象4.研究这些缺陷的固体物理方法扩散，离子性导电统计平衡只有在热平衡条件下晶体中才具有稳定的或可确定的热缺陷数目，才有可能和必要对其数目进行统计计算。晶格缺陷的主要类型一、点缺陷定域在格点附近一个或几个晶格常数范围内偏离晶格周期性的结构称为点缺陷，如空位、间隙原子、杂质原子等，点缺陷也能集合在

2、一起形成缺陷的复合体。1.空位（Schottky缺陷）原子脱离正常格点位置移动到晶体表面的正常格点位置，从而在原格点位置留下一个空格点，这种点缺陷称为空位。在一定的温度下，晶体内部的空位和表面上的原子处于平衡。2.Frenkel缺陷原子脱离正常格点位置进入了间隙位置，形成一个空位和一个间隙原子。我们将这种空位－间隙原子对称为Frenkel缺陷。在Frenkel缺陷中，空位与间隙原子总是成对出现的。在一定温度下，缺陷的产生和复合的过程相平衡。形成Frenkel缺陷时，原子从正常格点跳到格点与格点间的间隙位置，其周

3、围原子必然受到相当大的挤压。因此，从直观看，形成一个Frenkel缺陷要比形成一个空位所需的能量大些，因而也更难些。Frenkel缺陷和Schottky缺陷都是由于晶格振动（热运动）而产生的称为热缺陷，且为本征缺陷（固有原子缺陷）。杂质缺陷3.间隙原子如果一个原子从正常表面位置挤进完整晶格中的间隙位置，则称为间隙原子。在一定的温度下，这些填隙原子和晶体表面上的原子处于平衡状态。当外来的杂质原子比晶体本身的原子为小时，这些比较小的外来原子很可能存在于间隙位置。4.有序合金中的错位有序合金中格点上原子的排列发生错位

4、。ABABBABAAABBBBAAAABB5.杂质原子（杂质缺陷）当晶体中的杂质以原子状态在晶体中形成点缺陷时，称为杂质原子。如果杂质原子取代了晶体中原子所占的格点位置，称之为替位式杂质原子；若杂质原子进入晶格中的间隙位置，称为填隙式杂质原子。K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－Ca2＋离子晶体中的点缺陷是带电中心，若高价杂质离子取代了低价离子进入晶格后，由于要保持电中性，它可取代不止一个离子，形成

5、缺位式杂质。在偏离理想状态的固体点缺陷中，除了热运动引起的本征点缺陷之外，其余都为杂质点缺陷。6.缺陷团不同的点缺陷之间存在复杂的相互作用。例如，单个空位倾向于互相吸引；间隙原子吸引空位，产生复合现象；空位和间隙原子还能与不同类型的杂质相互作用，可以相斥或者相吸。如有足够数量的缺陷，这类相互作用将导致缺陷聚集形成缺陷团。－＋－＋－＋－＋＋－－＋－＋－＋＋－＋－－＋－＋－＋卤化碱晶体中的离子空位和空位复合体7.色心在离子晶体中，还有一种特殊的点缺陷——色心。由于离子晶体中的点缺陷是带有效电荷的带电中心，它可束缚电

6、子或空穴。晶体中的光吸收使这些电子或空穴激发，其吸收带落在可见光范围，因而，光吸收使原来透明的晶体出现了不同的颜色，我们将与吸收带对应的吸收中心称为色心（如F心是一个卤素负离子空位加上一个被束缚在其库仑场中的电子）。产生色心的方法很多，如将NaCl晶体放在Na金属蒸气中加热，然后再骤冷至室温，就可使原无色的晶体变成淡黄色。此外，色心还可以通过用X射线或射线辐照、中子或电子轰击晶体来产生。二、线缺陷当晶格周期性的破坏是发生在晶体内部一条线的周围近邻，称为线缺陷。晶体中的位错是一种很重要的线缺陷。位错影响着晶体的

7、力学、电学、光学等方面的性质，并且直接关系到晶体的生长过程。所以，位错是一种具有普遍意义的晶体缺陷（将单独介绍）。晶体遭受应力作用时，某些原子沿特征方向发生滑移，晶体中滑移区与非滑移区的交界线称为位错线。位错线上的原子偏离了原来完整晶格的位置，即原子排列发生畸变，这种畸变涉及位错线附近的若干层原子，离中心越远畸变越小，但它的直径与位错线的长度相比是很小的，故位错属于一种线缺陷。EF刃位错滑移部分未滑移部分AB螺位错滑移部分未滑移部分滑移方向位错线位错有两种基本型：刃位错（位错线垂直于滑移的方向）和螺位错（位错线

8、平行于滑移的方向）。在一般情况下，晶体中的位错往往是这两种基本型的混合（混合位错）。由于位错线是已滑移区与未滑移区的边界线。因此，位错具有一个重要的性质，即一根位错线不能终止于晶体内部，而只能露头于晶体表面（包括晶界）。若它终止于晶体内部，则必与其它位错线相连接，或在晶体内部形成封闭线。形成封闭线的位错称为位错环。晶体内部偏离周期性点阵结构的二维缺陷称为面缺陷。常见的面缺陷有：晶粒间界