晶格中的缺陷和扩散.ppt

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1、晶体结构晶体结合晶格振动晶体缺陷金属自由电子论固体能带论针对晶态物质的传统固体物理内容晶体缺陷对固体的一些重要性质往往起着决定性的作用，但是“晶体缺陷”在传统固体物理内容中占据相对独立的位置。其他••••第三篇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。3.1定义和分类：所有与晶体结构严格三维周期排列的偏离都可以被认为是晶体缺陷或不完整性，实际晶体都是有缺陷的不完整晶体。按照尺度、维度可以将晶体缺陷划分为：点缺陷（零维）：空位；间隙原子；杂质；错位……线缺陷（一维）：刃型位错，螺旋位错面缺陷（二维）：小角晶界，堆垛层错体缺陷（三维）：多晶

2、晶粒间界，空洞，包藏物，异相物等缺陷的来源：晶体在生成过程中或在合金化过程中携带的或有意掺入的杂质或生成的缺陷；晶体在加工和使用过程中产生的缺陷（主要指位错）；受电子束离子束强辐照后产生的缺陷；原子自身热运动所产生的缺陷，后者即使在没有杂质的理想配比的晶体中也是存在的，所以又称本征缺陷。注意：除了上述缺陷外，还有许多元激发，如反映晶格振动的声子等，有人也把它们归入晶格不完整性范畴，不过这里我们只限于讨论上述（静止）缺陷问题。关于各种元激发的讨论将分散在各章中进行。研究缺陷的意义：按严格周期性模型给出的理论结果和实际晶体的测量结果之间总会存在一些差别，对实际晶体中存在的缺陷分析将帮助我们解

3、释产生这些差异的原因。另一方面，晶体中的缺陷对许多重要的晶体性质可能会起着支配作用，有时侯基质晶体反而仅仅只需要作为缺陷的载体看待即可，研究缺陷的性质和运动才是解释这些性质的关键。比如：半导体的导电率；许多晶体的颜色和光学性质；晶体中的原子扩散，力学性质和范性形变等。特别是金属和合金的强度和范性形变理论就是建立在对位错了解的基础上，它已是固体研究的一个独立学科了。理论意义实际意义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，点缺陷也能集合在一起形成缺陷的复合体。1.空位（Schottky缺陷）原子脱离正常格

4、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Schot

5、tky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）。杂质缺陷本征缺陷（热缺陷）：空位式缺陷，又称肖特基（Schottky）缺陷填隙式缺陷，又称弗仑克尔（Frenkel）缺陷外来缺陷：替位式原子（如同位素原子、杂质和掺杂原子等)间隙式原子（如杂质和掺杂原子）无序缺陷：换位式缺陷（不同原子的偶尔换位）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

6、的排列发生错位。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

7、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