蓝宝石长晶缺陷ppt课件.ppt

《蓝宝石长晶缺陷ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、蓝宝石蓝宝石长晶缺陷概论单晶材料的生长工艺目前单晶材料的生长工艺主要方法分为下列几项。A)气相生长法B)水溶液生长法C)水热生长法D)熔盐生长法E)熔体生长法蓝宝石单晶的生长工艺主要以熔体生长法为主为何选择用熔体生长法熔体生长法的目的是为了得到高质量的单晶体。当结晶物质的温度高于熔点时，它就熔化为熔体，当熔体的温度低于凝固点时，熔体就转变为结晶固体。为此，首先要在熔体中形成一个单晶核(引入籽晶），然后，在晶核与熔体的交界面上不断进行原子或分子的重新排列而形成单晶体，只有当晶核附近熔体的温度低于凝固点时，晶核才能继续发展。控制单晶

2、成核，然后在籽晶与熔体相界面上进行相变，使其逐渐长大。为了促进晶体不断长大，在相界面处的熔体必须过冷，而熔体的其余部分则必须处于过热状态，使其不能自发结晶。从熔体中生长单晶体的最大优点在于：熔体生长速率大大快于溶液生长。标准的熔体生长速度范围从1mm／hr至若干mm／min，而溶液生长速度范围则从1μm／hr至几个mm／day，两者数量的差别从10~1000倍。为何有晶体缺陷热力学第三定定律的阐述了一个物理学最基本的原理“在热力学温度零度（即T=0K）时，一切完美晶体的熵值等于零。”所谓“完美晶体”是指没有任何缺陷的规则晶体。从

3、科学的角度讲绝对零度不可能达到，所以不存在没有任何缺陷的晶体。绝对完美的晶体是天国的专利，可望而不可及。晶体结构缺陷的类型点缺陷(零维缺陷)－由于各种原因使晶体内部质点有规则的周期性排列遭到破坏，引起质点间势场畸变，产生晶体结构不完整性，但其尺度仅仅局限在1个或若干个原子级大小的范围内，这种缺陷就称为点缺陷。主要构形是空位、填隙原子、杂质原子等。线缺陷(一维缺陷)－如果晶体内部质点排列的规律性在某一方向上达到一定的尺度范围遭到破坏，就称为线缺陷，线缺陷以位错（dislocation）为代表。面缺陷(二维缺陷)－如果晶体内部质点排

4、列的规律性在二维方向上一定的尺度范围内遭到破坏，就称为面缺陷，有晶体表面、晶界、相界、堆垛层错等若干种，面缺陷以晶粒间界、孪晶界为代表。点缺陷分类根据其对理想晶格偏离的几何位置及成分可划分如下A)间隙原子B)空位C)杂质原子根据产生缺陷的原因可划分如下A)热缺陷B)杂质缺陷C)非化学计量结构缺陷间隙原子原子或离子进入晶体中正常结点之间的间隙位置，成为间隙原子（或离子）或填隙原子（或离子）。从成分上看，填隙质点可以是晶体自身的质点，也可以是外来杂质的质点。空位正常结点没有被原子或离子所占据，成为空结点，称为空位或空穴。杂质原子外来

5、原子进入晶格，就成为晶体中的杂质。杂质质点进入晶体中就会生成杂质缺陷，从位置上看，它可以进入结点位置，也可以进入间隙位置。溶解了杂质原子的晶体称为固体溶液（简称固溶体）热缺陷当晶体的温度高于0K时，由于晶格上质点热振动，使一部分能量较高的质点离开平衡位置而造成缺陷。热缺陷有两种形式：弗仑克尔缺陷（Frenkel）肖特基缺陷（Schottky）弗仑克尔缺陷：在晶格热振动时，一些能量较大的质点离开平衡位置后，进入到间隙位置，形成间隙质点，而在原来位置上形成空位。间隙质点与空位总是成对出现影响因素：与晶体结构有很大关系晶体中间隙越小越

6、不易产生弗仑克尔缺陷，结构中存在很大间隙位置，相对而言比较容易生成肖特基缺陷：正常格点上的质点，在热起伏过程中获得能量离开平衡位置迁移到晶体的表面，而在晶体内部正常格点上留下空位。肖特基缺陷的生成需要一个像晶界、位错或者表面之类的晶格排列混乱的区域；正离子空位和负离子空位按照分子式同时成对产生，伴随晶体体积增加。杂质缺陷由于外来质点进入晶体而产生的缺陷。虽然杂质掺杂量一般较小（~0.1%），进入晶体后无论位于何处，均因杂质质点和原有的质点性质不同，不仅破坏了质点有规则的排列，而且在杂质质点周围的周期势场引起改变，因此形成一种缺陷

7、。晶体中杂质含量在未超过其固溶度时，杂质缺陷的浓度与温度无关，这与热缺陷是不同的。非化学计量结构缺陷化合物分子式一般具有固定的正负离子比，其比值不会随着外界条件而变化，此类化合物称为化学计量化合物一些化合物的化学组成会明显地随着周围气氛性质和压力大小的变化而发生组成偏离化学计量的现象，由此产生的晶体缺陷称为非化学计量缺陷线缺陷--位错位错（Dislocation）是原子的一种特殊组态，是一种具有特殊结构的晶格缺陷，也称为线缺陷。实际晶体在结晶时受到外界环境或应力的影响，使晶体内部质点排列变形、原子行列间相互滑移，不再符合理想晶格

8、的有秩序的排列而形成线状的缺陷，称为位错。位错概念的提出用于解释晶体的塑性变形。位错的基本类型和特征位错基本类型可分三种A)刃型位错B)螺旋位错C)混合型位错刃型位错设有一简单立方结构的晶体，在切应力的作用下发生局部滑移，发生局部滑移后晶体内在垂直方向出现了一个