《晶体的缺陷》PPT课件

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1、第四章晶体的缺陷4．1晶体缺陷的基本类型晶体缺陷按几何形态分，有点缺陷、线缺陷和面缺陷4.1.1点缺陷(1)．弗仑克尔(Frenkel)缺陷正常格点上的原子，无时无刻不在作围绕平衡点的振动．由于存在热振动的涨落，振幅达的原子就会摆脱平衡位置而进入原子间隙位置．这种由一个正常原子同时产生一个填隙原子和一个空穴的缺陷称为弗仑克尔缺陷。(2)．肖特基〔Schohky)缺陷某格点上的原子，由于热振动的涨落，某时刻它的振幅变得很大，会将最近邻原子挤跑，而自己占据这一最近邻格点，在它原来的位置留下一个空位．由于该原子把能量传递给了挤跑的原子，挤跑的原子也能将下一个原子挤跑，…，

2、类似于一串小球的碰撞一样，如图所示，最表面上的原位移到一个新的位置。晶体内这种不伴随填隙原产生的空位，称作肖持基缺陷．在晶体生长、半导体材料及电子陶瓷材料制备中，常常有目的地加入少量的杂质原子，比其形成替位式杂质．(3)．替位式杂质原子(4)．色心纯净的卤化碱晶体在光谱的整个可见光波段中是透明的，色心是能吸可见光的晶体缺陷。寻常的点阵空位并不使卤化碱晶体赋色，虽然它会影响紫外区的吸收。有好几种方法可使晶体赋色：1)引入化学杂质；2)引入过量的金属离子3)x射线或γ射线辐照，中子或电子轰击：4)电解．ⅰF心最简单的色心是一个F心．这个命名来自德文“Farbe”(彩色)

3、一词．一般产生色心的方法是将晶体在过量碱金属中加热或是用X射线辐照．F心是卤化碱晶体中最简单的俘获电子中心．F心的光吸收是由于中心通过电偶跃跃至一个束缚激发态所引起ⅱ卤化碱晶体的其他色心一个F心是一个负离子晶格空位加上一个束缚于空位的额外电子这个电子主要分布在紧邻晶格空位的正金属离子上。KCl晶体中的一个FA心。包围着一个F心的六个K+离子中有一个被其他碱金属离子代换，这里是被Na+代换。两个相邻的F心构成一个M心一个R心有三个相邻的F心组成当一个空穴被一对负离子所陷获时，就形成一个Vk心，它与一个负的卤族分子离子相类同，在晶体KCl中是Cl¯2。Vk心里不包含晶格

4、空位或额外电子。图的左部中所示的那个中心多半是不稳定的：小六角形框表示一个空穴陷俘在一个正离子空位附近；这样一个中心应是F心的反形体。陷获在Vk心中的空穴其能量低于反F心中的空穴能量。4.1.2线缺陷沿一平面，晶体的一部分相对于另一部分发生滑移时，在滑移部分与未滑移部分的交界处．晶格容易发生错位，这种线缺陷称为位错．典型的位错有两种：—是刃位错，二是螺位错．(1)．刃位错一个处在滑移面ABCD中的刃形位错。图中ABEF是滑移区，其中原子的相对位移超过晶格常量的一半;FECD是未滑移区，其中原子的相对位移小于晶格常量的一半。刃形位错的结构。晶体中的形变可以看作是由于在

5、y轴的上半部分插入了一片额外的原子面所产生。这个原子面的插入使上半部分晶体中的原子受到挤压，而使下半部分晶体中的原子受到拉伸。二维肥皂泡筏中的一个位错。将此纸面转过30度左右的角，并且从低角度方向观察，就很容易看到这个位错。一个位错在剪应力下的运动，这个应力趋向于使样品的上表面向右移动(2)．螺位错一个螺形位错。滑移面的一部分ABEF沿平行于位错线EF的方向发生了滑移。一个螺形位错可以看作是诸晶格平面的一种螺旋形排布，使得绕位错线环行一周就将移到另一个面上去。其他形式的位错可以由一段段的刃型位错和螺型位错构成．伯格斯(Burgers)曾经证明：晶体中一个线型位错图样

6、的最普遍形式可以描绘如图9所示．考虑晶体内部一条任意的闭合曲线(不一定是平面曲线)或一条两个端点都在晶体表面上的开曲线．(a)沿着以上述曲线为边界限定的任意简单曲面作一个切割．(b)使该曲面一方的材料相对于另一方的材料作一位移b，矢量b称为伯格斯矢量．(c)在b与该切割面不平行的地区里，上述相对位移将产生一个空隙，或者会使两方的材料发生重叠．在这种情况发生时，想像填人材料以充满空隙或是移去物质以避免重叠．(d)将切割面两方的材料重新接合起来，保留重新焊接时应变位移互作用，但在此后允许这个介质达到内部平衡．最终得出的应变场形式是这个由上述的边界曲线及伯格斯矢量二者联合

7、决定的位错的特征．伯格斯矢量必须等于一个晶格矢量，以期那个重新焊接的过程能保持物质的晶态性质． 螺型位错的伯格斯矢量与位错线平行；刃型位错的伯格斯矢量与位错线垂直并处于滑移面之内，(3)伯格斯矢量在介质中形成一个位错环的普遍方法．长立方块表示介质．长立方块内部的闭合曲线表示环。沿那个环所限定的、用网络标志的曲面作一切割。令切割一方的材料相对于另一方的材料作位移，位移矢量为b，b相对于曲面可有任意取向．完成此位移需要作用力．要将材料填入或切去，以期在位移之后介质保持连续．然后使介质在此经过位移的状态下接合起来，撤去外力。这里矢量b就是位错的伯格斯矢量螺形位错的另一