晶体缺陷简述.ppt

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1、晶体缺陷简述概要引言晶体结构缺陷的类型单晶硅中的缺陷总结一、引言固体在热力学上最稳定的状态是处于0K温度时的完整晶体状态，此时，其内部能量最低。晶体中的原子按理想的晶格点阵排列。实际的真实晶体中，在高于0K的任何温度下，都或多或少的存在着对理想晶体结构的偏离，即存在着结构缺陷。结构缺陷的存在及其运动规律，对固体的一系列性质和性能有着密切的关系，因此掌握晶体缺陷的知识是掌握材料科学的基础。缺陷的含义：通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。明显的缺陷添晶解理开裂无规

2、则的开裂晶体缺陷二、晶体结构缺陷的类型1、点缺陷（零维缺陷）缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。点缺陷具有如下几种情况：填隙原子（或离子）：指原子（或离子）进入正常格点位置之间的间隙位置，成为填隙原子（离子）；空位：正常结点位置出现的原子或离子空缺；杂质原子（离子）：晶体组分以外的原子进入晶格中，即为杂质。杂质原子可以取代晶体中正常格点位置上的原子（离子），称为置换原子（离子）；也可进入正常格点位置之间的间隙位置，成为填隙的杂质原子（离子）。a空位b填隙基质原子c替位杂质d填隙杂质按缺陷的几何形态分类点缺陷与材料的电学性质、光学性质、

3、材料的高温动力学过程等有关。2、线缺陷（一维缺陷）指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。如各种位错（dislocation）刃型位错（Edgedislocation）晶体中某一列或若干列原子发生有规律的错排的现象螺型位错（Screwdislocation）一个晶体的某一部分相对于其余部分发生滑移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，每绕轴线一周，原子面上升一个晶面间距线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。线缺陷有下面两种情况：晶体中的线缺陷KTA晶体的缺陷3、面缺陷面缺陷又称为二维缺陷，

4、是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。面缺陷可分为以下几个类型：面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。界面两侧晶体以一特征的非点阵平移相联系者称平移界面，包括堆垛层错、反相畴界和结晶切变面等面缺陷。平移界面第三类面缺陷为晶粒间界，它们是以任意取向关系相交接的两晶粒间的界面。第二类面缺陷称为孪晶界面，它所分隔开的两部分晶体间以特定的取向关系相交接，从而构成新的附加对称元素，如反映面、旋转轴或对称中心。孪晶界面晶粒间界KTP晶体中的双晶界Tb：YAB

5、晶体的腐蚀抗形态——孪晶Yb：YAB晶体的孪晶TYb：YAB晶体的孪晶晶体的面缺陷4、体缺陷所谓体缺陷，是指在晶体中三维尺度上出现的周期性排列的紊乱，也就是在较大的尺寸范围内的晶格排列的不规则。这些缺陷的区域基本上可以和晶体或者晶粒的尺寸相比拟，属于宏观的缺陷，较大的体缺陷可以用肉眼就能够清晰观察。体缺陷有很多种类，常见的有包裹体、气泡、空洞、微沉淀等。这些缺陷区域在宏观上与晶体其他位置的晶格结构、晶格常数、材料密度、化学成分以及物理性质有所不同，好像是在整个晶体中的独立王国。比如，空洞是在晶体中包含的较大的空隙区，微沉淀是指在晶体中出现的分离相，是由某些超浓

6、度的杂质所形成的，包裹体则是在晶体中包裹了其他状态的成分，多为生长时原来的液体。晶体的体缺陷KABO晶体中的缺陷KBBF单晶中的包裹物按缺陷产生的原因分类1、热缺陷（本征缺陷）指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点（原子或离子）。热缺陷浓度与温度的关系:温度升高时，热缺陷浓度增加。肖特基缺陷离开平衡位置的原子迁移至晶体表面的正常格点位置，而晶体内仅留有空位，晶体中形成了肖特基缺陷。肖特基缺陷的特点晶体体积膨胀，密度下降。弗仑克尔缺陷离开平衡位置的原子进入晶格的间隙位置，晶体中形成了弗伦克尔缺陷。弗伦克尔缺陷的特点是空位和间隙原子同时出现，晶体体积不发生变化，晶

7、体不会因为出现空位而产生密度变化。晶体中的热缺陷弗伦克尔缺陷肖特基缺陷2、杂质缺陷（非本征缺陷）外来原子进入主晶格（即原有晶体点阵）而产生的结构为杂质缺陷。晶体的杂质缺陷浓度仅取决于加入到晶体中的杂质含量，而与温度无关，这是杂质缺陷形成（非本征缺陷）与热缺陷形成（本征缺陷）的重要区别。点缺陷杂质原子无论进入晶格间隙的位置或取代主晶格原子，都必须在晶格中随机分布，不形成特定的结构。杂质原子在主晶格中的分布可以比喻成溶质在溶剂中的分散，称之为固溶体。杂质缺陷对材料性能有比较大的影响。3、非化学计量结构缺陷（非整比化合物）原子或离子晶体化合物中，可以不遵守化合物的整

8、数比或化学计量关系的准则，即同一种物质